Le procédé de moulage des métaux est important, même dans la fabrication moderne, avec l'avènement de l'impression 3D métal. Les pièces moulées peuvent être usinées CNC à des dimensions quasi parfaites, et le moulage reste une méthode populaire pour produire rapidement des géométries complexes.
Qu'il s'agisse de moulage sous pression, de moulage à ciel ouvert, de moulage au sable ou de tout autre type de moulage impliquant principalement le refroidissement de métaux ou de plastiques en fusion, le retrait demeure un défi majeur. Le retrait des métaux moulés affecte significativement la qualité, la taille, la précision dimensionnelle et l'intégrité de la pièce moulée.
Dans cet article, vous en apprendrez davantage sur le retrait dans le processus de moulage, sur les principaux défis techniques et sur les moyens de minimiser le retrait dans le moulage.
Qu'est-ce que le rétrécissement ?
Défauts de coulée
En ingénierie, le retrait désigne la réduction de volume qui se produit lorsqu'un métal se solidifie à partir de son état fondu dans un moule de coulée. Le retrait est un défaut courant, et un certain retrait admissible est même présent lors du processus de coulée, en raison des propriétés des métaux et alliages lors de leur transition de l'état liquide à l'état solide.
Lorsque du métal liquide est coulé dans un moule, il commence à se solidifier presque instantanément, ce qui entraîne des variations de volume. Il est important que les paramètres de coulée, comme la température, la vitesse de refroidissement et la conception du moule, tiennent compte de tout retrait afin de minimiser ce phénomène. défauts de moulage des métaux.
Il existe trois types de retrait dans la coulée :
- Rétrécissement du liquide : Ce type de retrait se produit lorsque le métal en fusion refroidit depuis sa température de coulée jusqu'à son point de solidification. La perte de chaleur solidifie le métal liquide, le contracte et réduit son volume.
- Retrait de solidification : Il s'agit d'une phase de retrait où le volume diminue (3 à 7 %) lorsque le métal passe de l'état liquide à l'état solide. Les alliages comme l'aluminium et le cuivre présentent un retrait liquide-solide élevé, car le taux de retrait varie selon les alliages.
- Rétrécissement solide : Une fois que l'ensemble du matériau s'est solidifié, le solide coulée de métal Refroidit à température ambiante, où un retrait encore plus important peut se produire. Bien que moins prononcé que les précédents, il peut néanmoins compromettre les tolérances strictes et est souvent appelé retrait de modéliste, car il est déjà pris en compte dans la conception du moule.
Causes des défauts de retrait
Les défauts de retrait dans les métaux coulés ne sont pas liés à une seule propriété. Si les propriétés physiques des métaux jouent un rôle important, de nombreux autres facteurs, de la conception de la pièce moulée aux paramètres du procédé, peuvent entraîner un retrait.
Système d'alimentation
Le système d'alimentation est l'endroit où le métal ou le matériau s'écoule pour pénétrer dans la cavité du moule. Un système d'alimentation bien conçu, comprenant des colonnes montantes et des portes, doit assurer un approvisionnement constant et fluide en métal fondu vers toutes les pièces afin de compenser le retrait de coulée. L'objectif est de forcer le matériau à compenser tout retrait.
Des masselottes et des portes de mauvaise qualité entraînent souvent un écoulement insuffisant du métal liquide, l'empêchant d'atteindre certaines zones du moule pendant la solidification. Cela peut entraîner un retrait interne et une porosité de retrait. Pour la coulée au sable, ce problème est fréquent, car la masselotte peut ne pas alimenter la pièce.
Mauvaise température de coulée
Un autre facteur crucial du retrait est la température de coulée du métal en fusion. Une température de coulée trop élevée peut entraîner un retrait liquide supplémentaire et un refroidissement irrégulier. Cela entraîne davantage de défauts et souvent des pores visibles ou des pièces coulées incomplètes.
De même, une coulée à trop basse température entraîne une solidification prématurée. Comme le liquide entrant dans la pièce se solidifie en premier, il peut bloquer ou restreindre l'écoulement du métal liquide, notamment à travers les microcanaux, ce qui entraîne une porosité de retrait.
Le coulage du métal en fusion dans un moule nécessite des compétences et de l'expérience pour équilibrer l'écoulement et la solidification.
Taux de refroidissement
La conception, la forme et la géométrie du moule influencent la vitesse de refroidissement. L'épaisseur de la section est un autre facteur qui influence la vitesse de refroidissement. Les variations de vitesse de refroidissement sont principalement dues à des épaisseurs de paroi ou à des variations d'épaisseur de section irrégulières, ce qui entraîne un retrait et des défauts moins prévisibles.
En moulage par injection, en particulier, il est courant de renforcer les pièces par des nervures ou l'utilisation de noyaux dans le moule, ce qui peut engendrer des difficultés supplémentaires. La solidification directionnelle est un paramètre important pour minimiser le retrait et garantir la conformité des pièces. tolérances de moulage par injection.
Composition de l'alliage
Pièce moulée en aluminium
La composition de l'alliage utilisé en fonderie est importante pour déterminer le taux de retrait. Même avec de l'aluminium, on s'attend au même retrait, mais les différents alliages présentent des taux de retrait à la solidification différents. Les alliages d'aluminium et de cuivre ont des taux de retrait comparables, mais généralement supérieurs à ceux de l'acier inoxydable et des alliages de nickel.
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Types de défauts de retrait
Les défauts de retrait dans le moulage par injection de matière fondue peuvent être classés en défauts de retrait ouverts et fermés.
Défauts de retrait ouverts
Les défauts de retrait ouverts peuvent être identifiés en observant la surface de la pièce moulée car ils sont visibles et se produisent lorsque le métal en fusion n'est pas suffisant pour le retrait de solidification.
Les tubes sont des trous coniques profonds ou des dépressions qui se forment au sommet de la pièce moulée. Il s'agit d'une dépression résultant du retrait de la matière sous la surface lors de la solidification.
Les surfaces creusées sont des cavités peu profondes à la surface de la pièce moulée, causées par la contraction lors du refroidissement de la pièce. Hormis des problèmes esthétiques, les surfaces creusées ne posent pas de problème majeur.
Défauts de retrait fermés
Des défauts de retrait fermés se produisent à l'intérieur de la pièce moulée. Ces défauts ne sont pas visibles en surface et compromettent les propriétés physiques et l'intégrité structurelle de la pièce moulée.
Le retrait interne peut entraîner des vides ou des cavités dans la pièce moulée. Le macro-retrait est important et visible, et résulte du retrait de solidification. On le retrouve souvent dans les moules à épaisseur variable.
Les micro-retraits sont des défauts et des vides microscopiques répartis dans la pièce moulée. Ils résultent de conceptions complexes et de problèmes de solidification inégale.
Quel est le rôle du rétrécissement dans le moulage ?
Machine de coulée
Compromis l'intégrité structurelle
Les défauts de retrait affectent non seulement les dimensions et la taille des pièces, mais entraînent également la formation de vides et de trous internes, appelés porosités. Ces défauts peuvent fragiliser la pièce moulée en concentrant les contraintes aux points faibles, ce qui peut entraîner sa défaillance.
Précision dimensionnelle
Le retrait entraîne des variations dimensionnelles lors du refroidissement de la pièce moulée. Cela entraîne des écarts par rapport aux dimensions géométriques prévues. Dans la plupart des cas, ces variations dimensionnelles sont prises en compte lors de la conception du moule, mais les tolérances de la pièce moulée peuvent nécessiter des opérations d'usinage et de rectification supplémentaires.
Il est important de tenir compte du retrait du modéliste pour garantir que la pièce moulée finale réponde à vos exigences dimensionnelles. Vous pouvez utiliser la marge de retrait calculée en fonction de l'alliage et de la géométrie de la pièce moulée.
Finition de surface
Les défauts de retrait ouverts, tels que les surfaces creusées, peuvent produire des surfaces irrégulières, affectant à la fois l'esthétique et la fonctionnalité de la pièce. Par exemple, moulage sous haute pression ou lors du moulage à la cire, les imperfections de surface causées par le retrait nécessitent des processus de finition supplémentaires.
Comment minimiser le rétrécissement lors du moulage ?
Optimisez la conception de votre moule
Lors de la conception d'un moule, utilisez des masselottes et des seuils appropriés, ainsi que suffisamment de canaux de métal fluide pour gérer le retrait de la pièce. Les défauts de retrait ouverts, comme les surfaces creusées, peuvent être traités à l'aide de masselottes servant de réservoirs en cas de retrait.
La conception de la porte doit assurer un écoulement régulier et minimiser le mouvement des parois pendant le coulage et la solidification.
Contrôler les taux de refroidissement
Engrenages métalliques après moulage
La meilleure façon de minimiser le retrait est d'obtenir un refroidissement uniforme du matériau dans la pièce moulée. La solidification directionnelle permet de contrôler le processus de refroidissement. Elle assure un refroidissement progressif de la pièce, d'un bout à l'autre.
Une autre façon de contrôler les taux de refroidissement consiste à utiliser des refroidisseurs, qui sont des inserts placés dans le moule qui peuvent accélérer le refroidissement dans certaines sections.
Utiliser des isolateurs
Les isolateurs peuvent également être utilisés pour contrôler la vitesse de refroidissement. Ils maintiennent une vitesse de refroidissement lente afin de maintenir l'approvisionnement en métal liquide.
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Conclusion
Le retrait des métaux moulés est un défi auquel nous devons faire face à chaque étape de la fabrication. De la conception des pièces 3D à la conception des moules, en passant par les paramètres de coulée et les finitions de surface, de nombreux facteurs influencent le retrait.
Comprendre les causes du retrait et prendre en compte celui du modéliste permet d'éviter les défauts tels que la porosité et les surfaces creusées, et de produire des pièces avec une précision dimensionnelle optimale. Si la plupart des fonderies utilisent généralement une tolérance de retrait similaire pour un groupe d'alliages, la géométrie de la pièce moulée peut entraîner des variations, auxquelles l'expérience et les compétences peuvent remédier.
Il est donc important de choisir un produit de haute qualité. service de fabrication qui peut produire des pièces moulées de haute performance.
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