Le processus de coulée des métaux expliqué

Qu’est-ce que la coulée des métaux?

La coulée des métaux est un processus moderne aux racines anciennes. Dans le processus de coulée des métaux, les formes métalliques sont formées en versant du métal fondu dans la cavité d’un moule, où il est refroidi et plus tard extrait du moule. Le moulage des métaux est sans doute le procédé industriel le plus ancien et le plus influent de l’histoire. Il est utilisé pour fabriquer un grand nombre d’objets métalliques utilisés dans notre vie quotidienne : pièces automobiles, roues de train, lampadaires, pédales de bus scolaires, etc. De plus, les fonderies de moulage de métaux s’appuient sur le recyclage des métaux comme source rentable de matière première, réduisant considérablement le gaspillage de ferraille qui pourrait finir dans les décharges.

L’histoire du moulage de métaux

Le plus ancien moulage de métaux connu est celui d’une grenouille en cuivre, qui aurait été produit en 3200 avant notre ère en Mésopotamie, lorsque le cuivre était un matériau populairement utilisé. Plus tard, vers 2000 avant notre ère, le fer a été découvert. Mais ce n’est que vers 700 avant notre ère que la première production de fonte a été mise au point en Chine. Fait intéressant, le procédé de moulage en sable des métaux a également été inventé en Chine en 645 avant notre ère.

Le procédé du creuset, une technique utilisée pour produire de l’acier fin ou de l’acier à outils, est apparu et a disparu en divers endroits du globe depuis le début du 1er millénaire de notre ère. La technique est d’abord apparue en Inde et en Asie centrale, jusqu’à ce qu’elle apparaisse en Europe du Nord vers 800 de notre ère, où elle a été utilisée pour fabriquer des épées vikings. La technique n’a pas refait surface avant 1750, lorsque Benjamin Huntsman l’a réinventée en Angleterre. Huntsman a chauffé de petits morceaux d’acier au carbone dans un creuset fermé, c’est-à-dire un pot en céramique aux propriétés réfractaires qui peut supporter une forte chaleur. Huntsman a atteint une température suffisamment élevée pour faire fondre l’acier pour la première fois.

Au cours des derniers milliers d’années, le moulage des métaux en objets utilisables a évolué pour devenir plus exact et automatisé, mais le processus à sa base est essentiellement resté le même. Les innovations en matière d’automatisation des processus de fonderie, comme le conditionneur de sable VIBRA-DRUM® de General Kinematics, ont facilité le traitement de grandes quantités de pièces coulées tout en améliorant la qualité de ces dernières. Cette machine est révolutionnaire dans sa manipulation de moules et de sable à haut volume pour les applications de fonderie.

Le processus de coulée des métaux

  1. Réalisation de modèles – Un modèle est une réplique de l’extérieur de la pièce coulée. Les patrons sont généralement faits de bois, de métal, de plastique ou de plâtre. La fabrication de modèles est incroyablement importante pour la fabrication de pièces industrielles, où des calculs précis sont nécessaires pour que les pièces s’ajustent et fonctionnent ensemble.
  2. Noyautage – Si un moulage est creux, une pièce supplémentaire de sable ou de métal (appelée noyau) façonne la forme interne pour le rendre creux. Les noyaux sont généralement solides tout en étant pliables, de sorte qu’ils peuvent être facilement retirés du moulage fini.
  3. Moulage – Pour visualiser le processus de moulage du métal jusqu’à présent, imaginez-vous en train de marcher sur la plage vers l’océan. Regardez l’empreinte que vous laissez derrière vous dans le sable humide. Votre pied serait le noyau, et l’empreinte laissée dans le sable est un moule de votre pied. Le moulage est un processus en plusieurs étapes qui permet de former un moule autour du modèle en utilisant du sable de moulage. Dans le moulage, un moule est contenu dans un cadre appelé moufle. Le sable vert, ou sable de moulage, est tassé dans le châssis autour du modèle. C’est ce qu’on appelle le moulage en sable métallique. Une fois que le sable est bien tassé, le modèle peut être retiré et le moulage reste. Il est également possible de créer un moule métallique en deux parties, non destructible, de sorte que le moule puisse être utilisé de façon répétée pour couler des pièces identiques pour des applications industrielles.
  4. Fusion et coulage du métal fondu – Une fois le métal fondu, il est versé dans la cavité du moule et on le laisse se solidifier. Une fois solidifié, le processus de secouage commence : les moules subissent des vibrations pour éliminer le sable du moulage. Dans les applications industrielles, des équipements tels que nos secoueurs à deux masses maintiennent la production à un niveau élevé grâce à leur efficacité et à leur douceur. Le sable retiré est généralement collecté, refroidi et récupéré pour être réutilisé dans de futurs moulages. Le conditionneur de sable VIBRA-DRUM® améliore ce processus de séparation du sable des pièces moulées en éliminant et en refroidissant le sable et les pièces moulées et en évaporant l’humidité, tout en atténuant les dommages aux pièces moulées qui sont courants à ce stade du processus. Les résultats finaux sont un moulage propre et du sable prêt pour le processus de récupération.
  5. Nettoyage – Dans cette étape finale, l’objet métallique coulé est retiré du moule, puis ébarbé. Pendant l’ébarbage, l’objet est nettoyé de tout matériau de moulage et les bords rugueux sont éliminés.

Modern Day Castings

Aujourd’hui, presque tous les appareils mécaniques que nous utilisons, des automobiles aux machines à laver, sont fabriqués à l’aide de pièces métalliques créées par le processus de moulage. La différence entre les produits métalliques moulés d’aujourd’hui et ceux qui étaient fabriqués il y a même 100 ans est la précision et les tolérances qui peuvent être obtenues grâce au processus de conception automatisé par ordinateur et aux méthodes modernes de production des noyaux et des moules détaillés. La coulée de métal moderne représente l’innovation au travail.

Au cours des siècles, diverses combinaisons de matières premières ont été développées pour produire divers types de métaux. Certains produits moulés sont utilisés dans des moteurs qui exigent une grande tolérance à la chaleur et au froid. Les tuyaux en fonte doivent résister à la corrosion et aux hautes pressions. D’autres pièces moulées doivent être légères mais durables. Dans de nombreuses applications, les pièces sont conçues pour permettre une tolérance précise entre l’expansion et la contraction.

Les autres procédés de moulage comprennent le moulage en plâtre, le moulage sous pression et le moulage à la cire perdue. Le moulage en plâtre remplace simplement le sable par un moule en plâtre.

Le moulage sous pression nécessite deux grandes pièces mobiles en métal non ferreux qui se serrent sous haute pression. Le métal fondu est injecté dans la matrice et les pièces métalliques sont séparées une fois durcies.

Le processus de moulage à cire perdue commence par le remplissage d’un moule avec de la cire. Une fois la cire durcie, elle est recouverte plusieurs fois d’un matériau céramique. Celui-ci est chauffé jusqu’à ce que la cire fonde et que le moule en céramique reste. Le moule est rempli de métal fondu, refroidi, puis le matériau céramique est cassé.

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