LEFEBVRE Benjamin Licence Techno M ca 2002-2003
BELLET Romain DGM ENS Cachan
LTM8.2 : Option Fabrication de produits
TP Pr forme
MOULAGE SABLE MECANIQUE
Sommaire
I Etapes de la fabrication du moule
- Pr paration du sable
- Mise en place et remplissage du moule
II Etapes de la fabrication du noyau
III Etape de coul e
IV Moulage en coquille
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Introduction :
La fonderie permet de r aliser des pr formes en remplissant d'alliage liquide une
empreinte r alis e dans un moule. La pi ce brute ainsi obtenue apr s solidification de l'alliage
est s par e du syst me d'alimentation et des ventuelles masselottes.
Il existe de nombreux proc d s de moulage, nous avons pu en d couvrir deux en T.P..
Dune part le moulage au sable et dautre part le moulage en coquille par gravit . Nous avons
eu loccasion de suivre nous m me le premier proc d en r alisant les deux parties dun
moule ainsi que le noyau avant dy couler un bo tier papillon en aluminium. Pour le second
proc d , nous avons moul en coquille un chapeau de corps de pompe dont on avait d j la
coquille. Nous allons donc d tailler les diff rentes tapes qui permettent de r aliser un
moulage au sable et expliquer ce que nous avons observ .
I Etapes de la fabrication du moule.
- Pr paration du sable
On pr pare le sable qui constituera le moule. Il sagit de sable vert. Nous avons
rempli la brouette de sable apr s avoir concass et tamis ce dernier, obtenant ainsi un sable
non agglom r pour que celui-ci ne se transforme en argile que dans le moule et donc soit
bien solide.
On cherche obtenir un moule argileux. Il convient donc davoir la quantit deau
ad quate pour viter davoir de la boue en cas dexc s deau et de leffritement dans le cas
contraire. Il sagit de trouver un bon compromis, il faut 6% deau massique pour cela. Mais
cependant le probl me r side dans le fait que le sable contient d j une certaine quantit deau
due lhumidit de lair. Il faudrait donc d terminer combien il en contient pour savoir quelle
quantit rajouter. Pour cela, on p se une certaine quantit de sable avant et apr s un passage
au four, en supposant que la diff rence de masse soit due l vaporation dans le four de leau
contenue dans le sable. Nous navons pas effectu ce calcul de quantit deau lors de notre
T.P. car les nombreux groupes pr c dents avaient tous trouv lorigine dans le sable environ
1.5% deau en masse. Cest pourquoi nous navons pas fait cette tape afin de gagner du
temps. Par cons quent nous avons d rajouter 10kg de sable un volume de 450mL deau.
Ce m lange sable/eau additionnelle se fait dans le malaxeur, lentement afin de ne pas
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cr er de mottes et jusqu humidification totale du sable. Nous r cup rons ensuite le sable
dans un bac, d collant galement le sable qui a coll aux parois du malaxeur. Ce sable est
alors pr t tre utilis pour faire le moule.
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- R alisation de chaque demi- moule
Les deux plaques mod les de la partie sup rieure et de la partie inf rieure taient d j
r alis es.
Nous pla ons donc celles-ci sur une table. Nous appliquons par pulv risation sur le
mod le un agent facilitant le d moulage avec le sable.
Ensuite nous pla ons le ch ssis sur la plaque-mod le, la mise en position tant r alis e
par des goujons de centrage. Il ne faut en aucun cas n gliger cette mise en position qui est
d terminante dans le positionnement de chaque demi-moule par rapport au plan de joint.
Nous pouvons alors remplir le ch ssis avec le sable pr c demment pr par . Cependant
nous tamisons nouveau ce dernier afin de sassurer quon nins re pas de mottes et surtout
que le sable pousera
parfaitement la forme de la
plaque mod le. Nous
remplissons ainsi sur une
hauteur de quelques
centim tres avant de
commencer tasser. Nous
nous sommes appliqu s afin
de tasser sans r aliser une
surface plane, ce qui aurait pu
entra ner un feuilletage du
moule. En effet des strates les
unes sur les autres auraient
pour cons quence un d faut de
la liaison m canique entre
elles et de la coh sion du sable. Le r sultat serait une fragilisation du moule. Nous continuons
donc ainsi et remplissons le moule de sable jusquau dessus du niveau du ch ssis. Nous
raclons la sur paisseur alors pr sente avec une r gle m tallique en ayant un mouvement de
cisaillement afin d viter les efforts ind sirables sur le moule. Nous obtenons une surface
plane hauteur du ch ssis.
Il nous reste retirer la plaque-mod le du moule. Pour cela, nous utilisons une
machine. Il faut faire attention car pour transporter lensemble jusqu cette d mouleuse ,
nous le portons en soutenant la plaque-mod le et non le ch ssis pour ne pas tout d mouler
accidentellement. Nous bridons la plaque-mod le sur la machine et positionnons les r gles de
d moulage face aux chandelles de d moulage de la machine. Nous branlons lensemble
pendant une fraction de seconde et cela d tache par vibrations le moule de la plaque-mod le.
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Puis en m me temps la pouss e des chandelles soul ve le ch ssis de la plaque-mod le. Le
moule est ainsi parfaitement d moul .
Nous obtenons ainsi chaque
demi-moule mais sur la partie
sup rieure, il reste r aliser le trou et
entonnoir de coul e et les vents sur les
masselottes qui se trouvent dans la
partie sup rieure du moule car nous
coulons par gravit , elles doivent donc
tre le plus haut possible. Pour le trou
de coul e, nous per ons
progressivement laide dun tube
creux en purgeant r guli rement le
sable retenu dans ce tube.
Nous r alisons galement les vents laide dune aiguille, les vents n tant utiles qu
l vacuation de lair un trou de faible diam tre suffit. Nous retournons ensuite le moule, et le
mettons sur cale pour vacuer le sable car nous finissons en r alisant lentonnoir de coul e de
forme pyramidale inclin de 45 . La forme pyramidale de lentonnoir sert minimiser leffet
de tourbillon et cela vite lintroduction dair dans le moule. Il faut que le sable des parois de
lentonnoir soit bien tass car nous voulons viter que du sable rentre dans le moule en m me
temps que le m tal en fusion quon verse.
Une fois toutes ces tapes r alis es, nos deux demi-moules sont pr ts. Il reste r aliser
le noyau.
II Etapes de la fabrication du noyau.
Le moule m tallique du noyau, plus commun ment appel bo te noyaux, tant d j
fabriqu , nous navons donc eu qu r aliser le m lange de sable. Nous nutilisons pas le
m me sable que pr c demment pour le noyau car il doit moins s mietter car il est plus
sollicit . Ce sable contient donc beaucoup de silice auquel on rajoute un agglom rant
chimique qui durcit au contact du dioxyde de carbone.
Nous pr parons lagglom rant et le sable, puis on malaxe ce dernier en ajoutant
lentement lagglom rant.
Nous pr parons aussi la bo te noyaux en vaporisant sur les parties int rieures celle-ci
avec un agent favorisant le d moulage. Les deux parties de la bo te sont assembl es
pr cis ment gr ce des goujons de positionnement. Le tout est serr avec un serre-joint.
Nous remplissons la bo te noyaux par couches successives que nous tassons de la
m me fa on que pour le remplissage du moule en sable. Nous lissons la surface. Ensuite, nous
gazons au dioxyde de carbone lint rieur pour durcir le sable plus rapidement, cest pour cela
que nous per ons un trou au milieu du noyau jusquau deux tiers de la profondeur pour une
bonne diffusion du gaz.
Nous retirons le serre-joint. Nous soumettons la bo te quelques vibrations et
enlevons chaque demie-partie. Le noyau est ainsi obtenu.
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III Etapes de coul e.
Nous pouvons d sormais assembler les deux demi-moules. Nous posons la partie
inf rieure sur la table c t empreinte, nous y pla ons le noyau sur ses port es, puis nous
fermons le moule en mettant la partie sup rieure mise en position gr ce des broches de
guidage.
Nous amenons le moule alors referm pr s du four sur une surface de sable permettant
de prot ger le sol de la fonderie.
La temp rature du four contenant laluminium en fusion est command e 750 C. En
effet, la fusion de laluminium se r alisant vers 700 C, le m tal peut ainsi rester assez liquide
pendant la coul e et ne se refroidit pas trop. Le four est lectrique, il est chauff gr ce de
puissantes r sistances qui entourent le creuset, en mat riau r fractaire. Ce creuset supporte
mal les changements de temp rature, par cons quent il fonctionne en permanence, et il faut
faire attention car il ne supporte pas non plus les chocs, nous ne devons pas frapper ce creuset
avec la louche.
Avant de couler laluminium en fusion, nous prenons un certain nombre de
pr cautions dusage : des gants, des gu tres, un tablier renforc , ainsi quun masque
prot geant d ventuelles projections de m tal.
Nous moulons par gravit . Nous commen ons par remplir une louche de m tal dont le
volume suffit pour la pi ce couler, puis nous prenons appui avec la louche sur le moule
avant de basculer celle-ci et versons rapidement son contenu dans le moule. Il est n cessaire
dassurer un d bit de remplissage lev afin que le refroidissement ne bouche pas le canal de
coul e avant le remplissage total du moule.
Nous attendons alors quelques minutes pendant la solidification de laluminium, puis
nous brisons le moule au dessus du bac de recyclage du sable apr s avoir s parer les deux
demi-moules. Nous faisons en sorte de casser le noyau part fin de recycler le sable qui le
constitue part. Nous prenons ensuite la pi ce ayant toujours le noyau avec une pince au
niveau des chenaux de coul e afin de ne pas ab mer des surfaces fonctionnelles, nous
plongeons le tout dans leau. Le noyau se dissout car son agglom rant est soluble.
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Nous obtenons la pi ce moul e avec masselottes, chenaux et trou de coul e :
Les d fauts de surface ventuels du moule ou du noyau se retrouvent sur la pi ce, cest
pourquoi le soin le plus grand doit tre apport lors de la fabrication de ces l ments.
Nous pouvons remarquer que sur les deux pi ces obtenues, il y a un m me d faut d
la pr sence de gaz emprisonn au moment de la coul e, en effet cela nous porte penser que
nous aurions d placer un vent au dessus de la partie de cette pi ce, ce qui aurait eu pour
effet d vacuer le gaz au moment de la coul e.
Nous nous tions demand si lattaque lat rale de la coul e naurait pas pu entra ner
des probl mes de criques et dimpuret s dans la pi ce. Une hauteur de chute verticale trop
importante entre lattaque et le bas de la pi ce aurait pu tre la cause de ce probl me. Mais la
chute n tait apparemment pas si importante que a.
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Nous navons pas calcul les diff rents modules de refroidissement des diff rentes
parties de la pi ce comme nous lavons fait en T.D., mais nous devinons que les parties qui se
solidifient en dernier sont les masselottes et le canal dalimentation, ce qui est le but recherch
par tout mouliste.
IV Moulage en coquille.
A la fin de la s ance de T.P., nous avons coul quelques pi ces laide dun moule en
coquille m tallique. Ce moule est en acier car ce dernier une temp rature de fusion de
1500 C, sup rieure celle de laluminium. Pour la coul e, il faut au pr alable chauffer la
coquille afin d viter les chocs de temp rature dans le moule lors de la coul e. Cette derni re
se r alise rapidement par gravit et on peut facilement retirer la pi ce finale du moule laide
dune pince avant de la plonger dans leau. En coquille, la d pouille est n cessaire pour
l jection de la pi ce solidifi e.
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Conclusion :
Nous avons appris que les diff rentes tapes de la r alisation dun moule g n rent un
ensemble de contraintes et de limites dont il faut tenir compte lors du trac d'une pr forme
moul e. La surface de joint doit permettre un d moulage ais des formes ext rieures de la
pi ce (du mod le), la d pouille (valeur moyenne 2% ou 1 8') facilitant cette op ration
(l'objectif est un loignement des surfaces pour ne pas entra ner de sable lors de l'extraction
du mod le de l'empreinte du moule).
Outre ces contraintes de conception, on peut distinguer les contraintes ou avantages
des deux techniques. En effet m me si la technique de coul e est analogue dans les deux cas,
un certain nombre de points diff rencie ces deux techniques de moulages. Dans le cas du
moulage en sable, le moule est usage unique (non permanent) alors que le moule en coquille
est r utilisable. On peut de plus couler plusieurs pi ces la suite dans la m me coquille, tant
que le moule est encore chaud.
Il nous a tout de m me sembl que pour fabriquer plusieurs pi ces, si on exclut le
temps de fabrication de la coquille, des empreintes et de la bo te noyaux, le fait de devoir
refabriquer le moule en sable chaque fois entra ne un temps de moulage beaucoup plus
long : ainsi il nous a fallu pr s de 3 heures pour r aliser deux pi ces avec un moule en sable et
peine une demi-heure pour faire quelques pi ces en coquille la suite. Cependant nous nous
doutons que dans une fonderie au sable enti rement automatis e, la r alisation en s rie permet
dapprocher des temps de production fort int ressants. Avec des op rations r alis es en
parall le (pr paration du sable, r alisation des noyaux, des deux moiti s de moule&)
En r alit , nous pouvons noter que dans lindustrie, le moulage en coquille est utilis
pour des s ries allant de 1000 10000 pi ces et le moulage en sable pour des s ries allant de 1
100. Cependant, lavantage du moulage en sable est quil est plus rentable pour des pi ces
plus grosses : de 40kg 2T pour le sable contre 20kg 100kg pour la coquille.
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