Moulage de métaux : définition, types, métaux, avantages et inconvénients

« Le moulage s'est préparé à concevoir des pièces dotées de résistances remarquables à un prix abordable. Il a suscité une attention considérable en raison de son renforcement rigoureux et de sa viabilité économique.

Le processus de coulée fonctionne efficacement dans des configurations métalliques complexes pour un large éventail d’industries manufacturières. Il est convivial et facilite la tâche des ingénieurs travaillant sur de gros volumes de production. L'efficacité et la maniabilité de la matrice affectent la conception du produit final. La négligence du mineur défauts de moulage dans les matrices peut détériorer la qualité des composants de fabrication.

Par conséquent, en travaillant avec une matrice produite par usinage CNC, il y a plus de chances d’atteindre la perfection. La compatibilité des différents matériaux et la flexibilité de la conception ont remodelé le processus de moulage global.

Ce blog complet contient des informations clés sur le processus de fabrication de pièces moulées, ses types et les matériaux de coulée utilisés dans les moules de coulée métallique. De plus, la prise en compte des techniques de sélection ainsi que des avantages et des inconvénients.

Qu’est-ce que le casting ? Un aperçu

Le moulage est un processus de fabrication de base. Au cours de son fonctionnement, les métaux en fusion sont versés dans une cavité de moule, qui durcit ensuite et forme le produit souhaité une fois solidifié. Les outils et les matrices jouent un rôle central dans le processus de fabrication des pièces moulées. Le casting utilise divers matériaux de moulage sous pression y compris l'aluminium, le fer, le cuivre, le zinc, le chrome et le magnésium. De plus, cela facilite la production de plusieurs produits en une seule unité.

Différents types de processus de coulée ?

Il existe plusieurs procédés pour couler les métaux afin de façonner les produits souhaités. Ceux-ci sont;

Moulage en sable

Le moulage en sable, ou moulage moulé en sable, utilise des moules non réutilisables à base de silice pour concevoir des composants complexes. La technique est utilisée et utile aux industries depuis l’Antiquité et offre aux fabricants des solutions peu coûteuses et recyclables. Il utilise des matériaux bon marché pour réaliser le moulage, par exemple ; béton, époxy et plâtres, et pour réaliser des agrégations pour façonner des moules. 

L'efficacité du moulage au sable réside dans sa capacité à couler même des métaux profilés à haute température tels que : ferreux, non ferreux, aluminium, cuivre et acier. 

Moulage sous pression en métal

La stabilité dimensionnelle et la précision sont des caractéristiques clés du moulage sous pression. Ce processus fastidieux et conçu avec précision implique l'introduction de métaux non ferreux dans des moules ou des matrices réutilisables (enduits de lubrifiants) sous haute pression pour façonner le produit final souhaité. 

Le processus s'effectue de deux manières ; moulage sous haute pression et Moulage sous pression basse pression en fonction du métal utilisé. qu'il ait des points de fusion élevés ou bas. En général, la coulée à basse pression fonctionne dans des conditions de basse pression et convient aux pièces nécessitant des fonctionnalités simples. Le moulage sous pression à haute pression, quant à lui, est utilisé pour la fabrication en série de composants détaillés complexes.

Ces matrices sont généralement constituées d'acier et de carbures pour résister à des conditions thermiques élevées. De plus, ceux-ci garantissent une grande stabilité dimensionnelle du produit prévu. Il faut donc faire preuve de prudence pendant le processus de coulée. 

Les applications de moulage sous pression couvrent plusieurs secteurs, de la fabrication de pièces automobiles à la fabrication de pièces aérospatiales, et présentent des géométries complexes. De plus, les produits moulés sous pression cèdent souvent à proximité des surfaces finies, ce qui élimine le besoin d'un traitement ultérieur.

Moulage sous pression par gravité

Moulage sous pression par gravité

Le moulage sous pression par gravité est également identifié comme moulage en moule permanent. Comme son nom l'indique, la gravité met l'accent sur le fait que la coulée repose sur la force gravitationnelle sur laquelle les alliages fondus sont coulés dans un moule ou une filière spécifié. 

Le moulage par gravité permet par exemple de former diverses pièces ; boîtiers, boîtiers, raccords de tuyauterie, pistons de moteur, jantes de voiture, etc. Le moulage sous pression par gravité est applicable à plusieurs métaux, quelques-uns méritent d'être mentionnés : alliages de zinc, de plomb, de magnésium et d'aluminium.

Coulée sous vide

La coulée sous vide parmi les techniques susmentionnées est fascinante car elle utilise des conditions de vide standard. Un vide est créé à une pression de 100 bars pour éliminer ou évacuer les gaz. Un métal chauffé au rouge est ensuite coulé dans une cavité de moule à l’intérieur d’une chambre à vide pour évacuer les poches d’air et les bulles.

La coulée sous vide présente une ressemblance avec le moulage par injection processus car les deux méthodes sont adaptables pour un prototypage rapide et comportent des composants sans bulles avec une faible porosité et lisse finition de surface. En plus de cela, il est efficace pour les productions en petites séries. De plus, il facilite le moulage de nombreuses résines et s'applique à la fabrication de composants structurels de châssis pour les industries automobile et aérospatiale.

Casting d'investissement

Casting d'investissement

Le moulage de précision est principalement utilisé pour créer des composants de fonctionnalités complexes. Lors de son fonctionnement, un motif en cire du moule est conservé et entouré d'un matériau réfractaire qui sert de revêtement aux métaux en fusion comme l'aluminium et l'acier inoxydable. 

Bien que le moulage de précision soit conçu avec précision pour façonner des géométries de caractéristiques très détaillées, cela coûte souvent très cher car il s'agit d'un processus à forte intensité de main d'œuvre. Il présente des contre-dépouilles, des parois minces, des coffres de vélo, des disques de moto de haute qualité et une finition proche. Pour plus d’informations, consultez notre guide sur coulée d'investissement.

Moulage sous pression basse pression

Le moulage sous pression à basse pression, comme le terme l'indique, déverse le métal rouge en fusion dans une cavité de moule à une pression plus basse jusqu'à Barres 0.8, ou 100 kPa selon le matériau impliqué. Le processus améliore considérablement la qualité, grâce à un remplissage continu et contrôlé de la cavité de la filière pour éliminer les risques de retrait et de formation de scories. 

LPDC façonne méticuleusement les contours des composants à paroi mince en garantissant une finition lisse dans des délais courts. Voici quelques exemples courants : étriers de frein, carters de suspension, blocs moteurs et culasses cylindriques.

Serrer le casting

Produits de moulage par compression

Le moulage par compression dicte un processus combiné de moulage sous pression et de forgeage du métal. Cela implique l’alimentation du métal en fusion dans une filière fermée, similaire aux techniques de coulée à basse pression ou par gravité. 

Après injection, la presse hydraulique applique une haute pression pour former une pièce forgée en métal. Le moulage par compression profite aux fabricants en produisant des produits moulés en métal sans pores et sans fissures. Dans le secteur automobile, il est exploité pour former des produits de sécurité, par exemple des cadres de châssis, des supports, des nœuds et des joints de cadres spatiaux. Pour plus d’informations, consultez notre guide sur presser le casting.

Coulée centrifuge

Coulée centrifuge, également appelée coulée roto. Il permet de former des pièces métalliques coulées avec un minimum de vides. En fonctionnement, du métal en fusion comme le magnésium, l'aluminium, le zinc ou le plomb est projeté dans un moule réutilisable ou une filière de filage, à haute pression pour produire des composants cylindriques ou asymétriques. Par exemple; pistons de moteur, engrenages, raccords de tuyauterie et carters d'engrenages.

Coulée de mousse perdue

Le moulage de mousse perdue présente certaines similitudes, la seule différence est que le moulage de mousse utilise de la mousse, alors que le moulage de précision utilise de la cire. 

Au cours de son processus, la mousse est injectée dans un moule recouvert de styrène comme matériau réfractaire. Différents métaux sont compatibles avec cette technique, comme les alliages ferreux, la fonte et l'acier au carbone. Outre ses applications, ce procédé joue un rôle important dans les secteurs de l'automobile, de l'aérospatiale, de la défense et des arts, pour former une large gamme de pièces moulées en métal. Par exemple; les bouches d'incendie, les murs et les enceintes de pompes sont généralement fabriqués à partir de cette technique de moulage.

Moulage en plâtre

Le processus de moulage en plâtre ou de moulage en plâtre utilise un mélange de composés de renforcement comme le gypse et des additifs pour fabriquer un moule. Les additifs servent d'adhérences qui provoquent une adhérence contre la moisissure. Il utilise du plâtre pour couler un moule au lieu d'un matériau réfractaire. Après avoir coulé et pris le plâtre, celui-ci est finalement retiré, permettant au métal en fusion de s'écouler dans la cavité de la matrice. Le moulage du plâtre profite à divers secteurs tels que la bijouterie, l’automobile, l’art, la sculpture et l’aérospatiale. 

Métaux compatibles pour le processus de coulée

Voici les métaux courants utilisés en coulée pour diverses applications industrielles. 

Aluminium

L'aluminium peut être moulé à modèle perdu, moulé sous pression, moulé permanent et coulé au sable pour ses propriétés mécaniques élevées, sa fluidité et son indice de réflexion. Des secteurs de l’automobile aux secteurs de l’aérospatiale, les produits de fonderie d’aluminium sont largement répandus partout. Par exemple; L'aluminium est largement utilisé pour les roues et intérieurs de voitures automobiles, les fenêtres et les portes en raison de sa légèreté et de sa durabilité rigoureuse. De plus, les concepteurs de produits peuvent bénéficier de l'aluminium pour sa facilité de mise en œuvre. fabricabilité.

Magnésium

Les produits de fonderie exigent des rapports résistance/poids élevés et des caractéristiques de légèreté pour les produits de fonderie. Ici, le magnésium entre en jeu. Le magnésium est solide, rigide et possède des propriétés de blindage EMI et RFI. Cela convient aux connecteurs électriques, aux boîtiers et aux boîtiers. De plus, c'est un choix idéal pour le moulage lorsque la durabilité est essentielle pour le produit. Certains des alliages les plus courants pour le moulage comprennent : AZ91D. Pour plus d’informations, consultez notre guide complet sur moulage sous pression de magnésium.

Zinc

Le zinc est abondamment utilisé dans la coulée des métaux pour sa facilité d’usinage, sa bonne stabilité dimensionnelle et ses caractéristiques d’écoulement. De plus, il offre une haute précision avec des coûts d’outillage inférieurs à ceux des autres métaux de coulée. L’une des caractéristiques remarquables du zinc est que ses produits moulés possèdent une finition élevée. Le zinc est utilisé pour couler des composants de forme complexe et à parois minces. Ses applications sont très répandues dans les produits automobiles, aérospatiaux et de consommation.

Copper

Ce matériau offre de multiples caractéristiques, notamment une résistance à la corrosion et une conductivité électrique et thermique élevée. Deux des meilleurs alliages de cuivre, le bronze et le laiton, ont un énorme potentiel d'utilité dans le moulage au sable, le moulage sous pression à haute pression et le moulage au Co2. Différents appareils musicaux, par exemple des trombones, des trompettes et des cors, sont ainsi fabriqués.  

Fer

Bloc moteur en fonte

Le fer possède une bonne coulabilité. Il présente une haute résistance à l’usure et à l’indentation avec une capacité d’amortissement supérieure. Les produits en fonte sont obtenus en combinant du fer et du carbone. De nombreuses formes de fer sont d'une grande utilité pour la coulée de produits par exemple ; fonte, fonte grise, fonte malléable et fonte ductile. Certaines applications d'usage courant incluent : blocs moteurs, tuyaux et pièces automobiles.

Acier

L'acier est un alliage fréquemment utilisé dans les applications de fonderie. Parmi les alliages d'acier, l'acier inoxydable est principalement utilisé pour la coulée. Il présente souvent divers avantages sous la forme d’une résistance élevée, d’une résistance à l’usure et aux chocs. L’un des principaux avantages de l’exploitation de l’acier dans la fonderie réside dans sa capacité à résister à des conditions environnementales difficiles. Pour cette raison, il est utilisé dans des composants robustes tels que : matériel de construction, presses à forger, machines minières, turbines à turbocompresseur et blocs-cylindres de moteur.

Plomb

Le plomb est généralement utilisé avec ses alliages d'antimoine pour la coulée. Les plus couramment utilisés sont l'antimoine 1%, 2%, 3%, 6%. Les alliages de plomb présentent des caractéristiques distinctes en matière de coulée, par exemple de faibles points de fusion avec une malléabilité incompatible. Les produits moulés en plomb sont par exemple utilisés dans certaines applications industrielles ; fabrication de batteries et protection contre les radiations.

Quels sont les avantages du processus de casting ?

Il y a certains avantages à utiliser le processus de casting dans vos projets. Par exemple, lorsque la rentabilité, le temps, la conception de composants complexes et la recyclabilité sont des aspects critiques à prendre en compte. Voici quelques-uns des avantages les plus courants du recours au casting dans vos projets.

• La coulée de métal est un processus de formage de métal considérablement rapide.
• Le casting est un processus économique et apporte une rentabilité lorsqu'il est utilisé pour différents matériaux.
• L'utilisation de l'usinage CNC dans le moulage présente une polyvalence dans le processus de moulage de différents matériaux.
•  CA offre outillage abordable concernant les méthodes de coulée conventionnelles.
• Les produits fabriqués à partir de fonderie métallique sont léger, ce qui constitue une exigence majeure de l’industrie automobile et aérospatiale.
• Le moulage du métal est un moyen efficace d'obtenir géométries de produits complexes comme la création de cavités moteur et cylindriques. 

Quels sont les inconvénients du casting ?

Parallèlement, le processus présente quelques limites indiquées ci-dessous :

• Les produits de coulée nécessitent souvent un traitement supplémentaire pour affiner le produit, ce qui entraîne un coût supplémentaire pour le processus.
• Éviter la porosité, le retrait, la déformation et maintenir la stabilité dimensionnelle des produits coulés comporte certains défis.
• La fabrication des pièces moulées est un processus à forte intensité de main d'œuvre.
• L'outillage, les accessoires et les moules sont légèrement chers et entraînent des frais supplémentaires pour le budget.
• Le moulage est limité aux métaux ayant des points de fusion plus bas.
• La préparation de la cire et la conception de moules pour la fabrication de pièces moulées prennent du temps et entraînent des investissements initiaux élevés.

Considération clé pour la sélection d'un processus de fabrication de fonderie

Premièrement, nous devons comprendre l’importance du processus de prise de décision. La recherche technique a mis en évidence qu'une sélection imprécise des matériaux de fabrication du moulage peut avoir un impact sérieux sur le coût du produit fabriqué, de 70 à 80 %.  

Par conséquent, une grande importance doit être accordée aux composants critiques, notamment la sélection des matériaux, le niveau de tolérance, les tailles, les formes, les alliages compatibles et, enfin et surtout, le processus de coulée.  

 Choix des matériaux

La sélection des matériaux dépend des spécifications et des exigences du produit final. Chaque matériau réalisable en moulage a son utilité et ses avantages. Les caractéristiques clés du matériau telles que la résistance, la tolérance, la consommation d'énergie et les modifications post-fabrication doivent être prises en compte lors de l'appropriation du processus de coulée.

Quantité requise

Le moulage est considéré comme un processus économique lors de la production de grands volumes de production. Des délais de livraison plus courts, des volumes de lots élevés et des réalisations géométriques complexes sont les caractéristiques clés de ce processus.

Finition de la surface moulée

Le brillant et la finition de surface souhaités influencent également les critères de sélection. Le moulage de précision offre des finitions de surface fascinantes en préservant l’intégrité des matériaux. Le moulage sous pression, en revanche, donne des précisions dimensionnelles élevées avec un faible brillant de surface. Le post-traitement était donc nécessaire pour améliorer leurs caractéristiques de surface.

Exigences de tolérance

Pendant le processus de coulée, les dimensions nominales sont essentielles à atteindre plutôt que la tolérance normale. Ces tolérances sont généralement appelées "tel que moulé » tolérances. Généralement, ceux-ci dépendent des spécifications ou de la géométrie de la pièce, ainsi que du type de métal utilisé pour le moulage. 

Prix

De la conception initiale à la finition finale et à l'expédition, les coûts restent la principale préoccupation de la fabrication de pièces moulées. Par conséquent, une connaissance approfondie du processus peut aider à optimiser le processus de coulée. Ces coûts sont principalement liés aux alliages, à l'outillage, à la complexité des pièces et au volume prévu à fabriquer. 

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résumer

Le moulage est devenu un choix indispensable pour divers secteurs, permettant la production de formes sophistiquées, de prototypes, de composants à parois minces et de boîtiers pour pièces de moteur ou produits à usage médical. 

De plus, les fabricants de conception ont la possibilité de choisir des métaux parmi une gamme diversifiée pour leurs processus respectifs. La compréhension technique des variables clés telles que la pression, la température et la préparation des moules de moulage sous pression est essentielle pour obtenir les meilleurs résultats.

L’industrie du moulage connaît une explosion de techniques innovantes avancées. Par exemple, ATOS 3D Numériseur a révolutionné l’industrie du moulage en éliminant le besoin laborieux d’effectuer le processus de moulage. 

FAQ

T1. Le moulage diffère-t-il du moulage par injection ?

Oui, le moulage et le moulage par injection sont des processus sensiblement différents. Le processus de coulée consiste à verser, en particulier, des métaux en fusion dans des moules de coulée de métaux. En revanche, le moulage par injection injecte des polymères thermoplastiques ou thermodurcissables pour façonner des formes complexes et détaillées.

Q2. Quels sont les problèmes courants rencontrés dans le processus de coulée de métal ?

Les problèmes les plus courants causés lors du processus de casting sont :

• Porosité
• Obturations incomplètes
• Fermetures froides
• rétrécissement
• Défauts de surface (fissures, piqûres, textures inégales)

Q3. Comment choisir la bonne technique de casting ?

La bonne sélection aboutit à un matériau approprié, spécifiant la quantité, justifiant la tolérance requise et l'état de surface souhaité. Ces facteurs contribuent au processus de sélection de la méthode de coulée.

Q4. Quelles industries exploitent largement la fonderie de métaux ?

Les secteurs de l'automobile, de l'aérospatiale, de la mode et de l'énergie exploitent principalement les procédés de moulage des métaux pour plusieurs composants d'usage. Voici quelques exemples courants : bouches d'incendie, raccords, raccords, connecteurs, vannes, supports, pièces de moteur, etc.

Q5. Quelles tolérances dimensionnelles sont atteintes par le processus de coulée ?

La tolérance flexible maximale pouvant être atteinte par le processus de coulée va de :  ±0.15 jusqu'à 25 mm et ±0.3 jusqu'à 150 mm.

Pour en savoir plus

KG Swift, JD Booker, (2013), Manufacturing Process Selection Book : Product Development (deuxième édition) : extrait de : Science Direct