La fonte, l'acier moulé, les alliages d'aluminium et les alliages de cuivre comptent parmi les métaux les plus couramment utilisés dans le moulage au sable. Chacun d'entre eux offre des propriétés différentes pour des pièces telles que les socles de machines, les corps de pompes, les corps de vannes et les supports légers. Au-delà du métal lui-même, le procédé repose également sur du sable, des liants et d'autres matériaux de moulage pour former la pièce et résister à la coulée.
Métaux courants utilisés dans le moulage au sable
Le moulage au sable permet de traiter une large gamme de métaux ferreux et non ferreux, notamment la fonte, l'acier moulé, les alliages d'aluminium et les alliages de cuivre. Le magnésium, le zinc et certains alliages à base de nickel et de titane peuvent également être moulés au sable, bien que certains nécessitent des matériaux de moulage, des équipements de fusion et des contrôles de processus spécifiques.
Fonte
La fonte est largement utilisée dans le moulage au sable en raison de sa coulabilité, de ses propriétés d'amortissement des vibrations et de son usinabilité. Parmi ses applications typiques, on peut citer les socles de machines, les corps de pompes, les carters de boîtes de vitesses et les supports mécaniques. Les types courants comprennent la fonte grise, la fonte ductile, la fonte malléable et la fonte à graphite compacté. Les nuances représentatives incluent l'ASTM A48 Classe 30 et l'ASTM A536 65-45-12.
Acier moulé
L'acier moulé offre résistance et ténacité aux composants mécaniques soumis à des charges importantes et à des chocs. Le moulage au sable est utilisé pour fabriquer des corps de vannes industrielles, des supports pour machines lourdes, des raccords porteurs et de grandes pièces moulées structurelles. Les catégories courantes comprennent l'acier au carbone, l'acier faiblement allié, l'acier inoxydable et l'acier résistant à la chaleur. Parmi les nuances représentatives, on trouve l'ASTM A216 WCB et l'ASTM A27 Grade 70-36.
Alliages d'aluminium
Les alliages d'aluminium allient une faible densité à une bonne résistance à la corrosion et une bonne usinabilité, ce qui les rend adaptés à la fabrication de composants industriels légers. Le moulage au sable permet de produire des carters d'équipements, des corps de pompes, des supports structurels et des pièces présentant des passages internes complexes. Les groupes d'alliages courants comprennent les alliages aluminium-silicium, aluminium-cuivre et aluminium-magnésium. Parmi les nuances représentatives, on trouve notamment les nuances A356.0, 319.0 et 356.0.
Alliages de cuivre
Les alliages de cuivre offrent une bonne résistance à la corrosion, tandis que certaines nuances présentent également une résistance à l'usure, une bonne conductivité thermique et des propriétés mécaniques utiles. Parmi les produits moulés au sable les plus courants, on trouve les corps de vannes, les corps de pompes, les bagues, les roulements et d'autres composants industriels. Les catégories courantes comprennent le bronze à l'étain, le bronze d'aluminium et le laiton. Parmi les nuances représentatives, on trouve notamment les C83600, C95400 et C87500.
Alliages de magnésium
Les alliages de magnésium présentent une faible densité et un rapport résistance/poids élevé, ce qui les rend adaptés à la fabrication de boîtiers et de composants structurels légers. Le moulage au sable est utilisé pour les boîtiers d'équipements aérospatiaux, les supports mécaniques et d'autres pièces pour lesquelles le poids est un critère déterminant, mais il nécessite des mesures spécifiques de protection de la masse fondue. Les groupes d'alliages courants comprennent les alliages magnésium-aluminium-zinc, magnésium-zinc-terres rares et magnésium-terres rares. Parmi les nuances représentatives, on trouve l'AZ91E, le ZE41A et le WE43.
Alliages de zinc
Les alliages de zinc présentent des températures de fusion relativement basses, une bonne fluidité et une bonne usinabilité. Bien qu'ils soient principalement utilisés dans le moulage sous pression, certains alliages peuvent également être moulés au sable pour la fabrication de composants mécaniques, de pièces décoratives et de petites séries. Les catégories courantes comprennent les alliages zinc-aluminium et zinc-aluminium-cuivre. Certains alliages ZA, notamment le ZA-12 et le ZA-27, se prêtent au moulage au sable.
Alliages à base de nickel
Les alliages à base de nickel offrent une résistance à la chaleur, à la corrosion et à l'oxydation, ce qui les rend adaptés aux traitements chimiques, aux équipements énergétiques et à d'autres applications industrielles exigeantes. Certains alliages peuvent être moulés au sable pour fabriquer des corps de pompes, des corps de vannes et des composants structurels résistants à la chaleur, mais cela nécessite un contrôle rigoureux des conditions de fusion et des matériaux de moulage. Les groupes courants comprennent les alliages nickel-chrome, nickel-chrome-molybdène et nickel-cuivre. La norme ASTM A494 CW-12MW est une nuance de fonte représentative.
Alliages de titane
Les alliages de titane offrent un rapport résistance/poids élevé et une bonne résistance à la corrosion, ce qui les rend adaptés à l'aérospatiale, à l'industrie chimique et aux équipements industriels spécialisés. Certains alliages peuvent être moulés pour former des corps de pompes, des corps de vannes et des composants structurels complexes à l'aide de procédés spécialisés de moulage au sable. Ces procédés nécessitent des matériaux de moulage réfractaires spécifiques ainsi que des équipements de fusion sous vide ou en atmosphère contrôlée. Les catégories courantes comprennent les alliages de titane alpha, alpha-bêta et bêta, le Ti-6Al-4V étant une nuance représentative.
De quels matériaux a-t-on besoin pour le moulage au sable ?
Outre le métal à couler, le moulage au sable nécessite des modèles, du sable de base, des liants, des additifs et des revêtements de fonderie. Les modèles définissent la forme extérieure de la pièce moulée, tandis que les moules et les noyaux en sable forment la cavité qui reçoit le métal en fusion. Les liants, les additifs et les revêtements contribuent à contrôler les performances du moule et la qualité de la pièce moulée.
Modèles et noyaux
Les modèles forment la cavité externe du moule dans le sable et sont généralement fabriqués en bois, en plastique ou en métal. Les modèles en bois conviennent aux pièces moulées uniques et aux petites séries ; les modèles en plastique offrent une bonne stabilité dimensionnelle ; quant aux modèles en métal, ils sont adaptés à la production en série. Les pièces comportant des passages internes ou des cavités complexes nécessitent également des noyaux en sable, qui sont généralement fabriqués à partir de sable et d’un liant à l’aide de boîtes à noyaux. Une fois les modèles et les noyaux prêts, le procédé de fabrication de moules par moulage au sable Cela consiste à remplir et à tasser le sable, à retirer le modèle, à mettre en place les noyaux et à assembler le moule.
Sable de base
Le sable de base est le principal matériau utilisé pour la fabrication des moules et des noyaux. Il doit présenter une réfractarité, une perméabilité et des caractéristiques granulométriques adaptées. Le sable siliceux est le plus couramment utilisé, car il est facile à se procurer et relativement peu coûteux. Les sables de chromite, de zircon et d’olivine sont utilisés lorsque des exigences spécifiques en matière de réfractarité, de dilatation thermique ou de résistance à la pénétration du métal justifient leur emploi.
Classeurs
Les liants maintiennent les grains de sable ensemble afin que les moules et les noyaux conservent une résistance suffisante pendant le moulage, la manutention et la coulée. Parmi les liants courants, on trouve la bentonite, la résine furane, la résine phénolique et le silicate de sodium. La bentonite est principalement utilisée dans le sable vert, tandis que les résines et le silicate de sodium sont couramment utilisés dans les moules et les noyaux à liant chimique. Ces différentes méthodes de liage constituent la base trois systèmes courants de moulage au sable: sable vert, sable au silicate de sodium et sable à la résine de furane.
Additifs
Les additifs modifient certaines propriétés du sable afin de réduire l'adhérence, d'améliorer la qualité de surface des pièces moulées ou d'ajuster les performances du moulage. Parmi les exemples courants, on peut citer la poussière de charbon, l'amidon et les matériaux à base de cellulose. La poussière de charbon est principalement utilisée pour améliorer la qualité de surface des pièces moulées en fonte, tandis que les additifs à base d'amidon et de cellulose peuvent améliorer des propriétés telles que la ténacité, la moulabilité et la capacité d'effondrement, en fonction de la formulation.
Revêtements pour fonderie
Les revêtements de fonderie sont appliqués sur les surfaces des moules ou des noyaux afin de créer une barrière réfractaire qui contribue à réduire la pénétration du métal, les traces de brûlure et d'autres défauts de surface. Parmi les charges réfractaires couramment utilisées, on trouve la poudre de zircon, l'alumine et le graphite. La farine de zircon et l'alumine assurent une protection réfractaire, tandis que le graphite offre des propriétés de démoulage utiles et est utilisé dans certains revêtements de moules destinés aux pièces moulées en fonte.
Applications du moulage au sable
Le moulage au sable permet de fabriquer des pièces en fonte, en acier moulé, en alliages d'aluminium et dans d'autres métaux. Parmi les produits courants, on trouve les blocs-moteurs, les carters de pompe, les corps de soupapes et les bancs de machine. Ce procédé est particulièrement adapté aux pièces de grande taille, aux géométries internes complexes et aux petites séries de production.
- Automobile et transports : Parmi les pièces courantes, on trouve les blocs-moteurs, les culasses, les carters de boîte de vitesses et les tambours de frein. Les noyaux en sable forment les canaux de refroidissement, les galeries d'huile et d'autres cavités internes.
- Machines industrielles : Parmi les produits courants, on trouve les bancs de machines, les socles d'équipements, les carters de boîtes de vitesses et les paliers. Les grands bancs et socles en fonte tirent parti des propriétés d'amortissement des vibrations de ce matériau pour assurer un soutien stable des équipements.
- Pompes et vannes : Le moulage au sable est utilisé pour la fabrication des corps de pompe, des couvercles de pompe, des corps de vanne et des roues. Il permet de réaliser des passages d'écoulement internes et des boîtiers complexes, les surfaces d'étanchéité et les éléments de raccordement étant usinés par la suite.
- Équipements énergétiques et électriques : Parmi les applications, on peut citer les carters de turbines, les boîtiers d'équipements de production d'électricité et les composants de support de grande taille. Le choix du matériau dépend de la température de fonctionnement, des charges et du milieu d'utilisation.
- Machines agricoles et de chantier : Parmi les pièces types, on trouve notamment les carters de transmission, les moyeux de roue, les contrepoids et les supports, dont les matériaux sont choisis pour répondre aux exigences en matière de résistance aux charges, d'usure et de dimensions.
Conclusion
Le moulage au sable utilise des moules et des noyaux en sable pour former la forme extérieure et les cavités internes de composants tels que les blocs-moteurs, les carters de pompe, les corps de soupapes et les bancs de machine. Ce procédé s'adapte à différents métaux, tailles de pièces et volumes de production, tandis que la qualité du moulage dépend du contrôle exercé tout au long des étapes de moulage, de fabrication des noyaux, de coulée et de refroidissement. Les pièces présentant des exigences dimensionnelles plus strictes nécessitent des surépaisseurs d'usinage appropriées afin de pouvoir être finies conformément aux spécifications du plan.
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