Moulage aux sables à durcissement physique
Moulage – Noyautage

L’opération de moulage consiste à fabriquer un moule, généralement en matériaux réfractaires, qui porte l’empreinte en négatif de la pièce, cette empreinte étant obtenue à partir d’un modèle reproduisant la pièce à fabriquer.

L’opération de moulage est une des plus importantes du processus industriel de la fonderie. Elle détermine en effet, d’après le modèle, les formes de la pièce à couler, ses dimensions et leur précision, ses états de surface, son refroidissement, et joue un rôle prépondérant sur de très nombreux paramètres influant sur sa qualité. C’est aussi, avec le noyautage, l’opération qui entraîne les coûts les plus élevés dans les différentes opérations de fabrication. À titre d’exemple, dans des productions de grandes séries, les opérations de moulage-noyautage représentent fréquemment 40 % environ des prix de revient hors matière (moulage 30 %, noyautage 10 %).

Il convient donc que le choix d’un procédé de moulage soit fait avec le maximum de précaution pour ne pas pénaliser les productions futures, tant en qualité qu’en prix de revient.

De très nombreux procédés de moulage existent, en châssis, en mottes, en fosse pour les très grosses pièces, au trousseau pour des pièces circulaires par exemple, en modèle perdu (polystyrène), en cire perdue pour des pièces de précision ou des œuvres d’art, en coquille métallique par gravité, sous-pression pour les non ferreux, en coquille centrifugée pour des tuyaux notamment, etc., que nous présenterons dans les paragraphes suivants.

Cette très grande variété des procédés impose de les classifier pour permettre leur présentation. Nous avons choisi de les classer en fonction des modes de moulage et de durcissement des matériaux utilisés au moment de la fabrication du moule ou des noyaux (tableau 1) et de la nature des modèles qui doivent être compatibles avec les procédés employés :

• modèles permanents (bois, métal, résine, etc.) (§ 2, 3, 4 et 5) ;

• modèles perdus (polystyrène, cire, etc.) 6 ;

• moules métalliques 7 ;

• procédés spéciaux 8.

Les procédés de moulage ont chacun des caractéristiques bien précises d’emploi qui les destinent préférentiellement à certain type de production (pièces unitaires, de moyennes ou grandes séries, en métaux ferreux, non ferreux, pièces de plus ou moins grandes précisions, etc.), ce qui nécessite, au moment du choix, de bien connaître les performances et les prix de revient de chacun des procédés possibles (pour les matériaux de moulage cf. article Sables et matériaux de moulage de fonderie dans ce traité. Il faut notamment prendre en considération :

• la facilité de préparation et de mise en œuvre des sables et des liants ;

• la durée de vie des sables préparés ;

• la bonne aptitude au stockage ;

• la perméabilité des sables moulés permettant une évacuation facile et rapide des gaz provenant de l’empreinte, du métal, des liants et des additifs éventuels, notamment pour les noyaux ;

• la réfractarité et la bonne tenue à la chaleur au moment du remplissage de l’empreinte par le métal liquide ;

• les bonnes caractéristiques à froid et particulièrement :

  • une résistance à la compression suffisante pour les moules,

  • des résistances au cisaillement, à la traction assez élevées pour éviter des ruptures du sable au moment du démoulage,

  • une bonne résistance à la flexion (pour les noyaux),

  • une absence de variations dimensionnelles pendant la prise (retrait ou gonflement),

  • des moules rigides, notamment pour les fontes GS afin de s’opposer au gonflement graphitique à la solidification ;

• l’absence de déformation pour les noyaux, l’absence de fluage, expansion ou retrait pendant la coulée et la solidification ;

• l’absence de réaction du matériau de moulage ou de noyautage avec le métal liquide, qui risque de provoquer des défauts sur les pièces, comme par exemple : gerce, abreuvage, piqûres et soufflures par dégagement gazeux (hydrogène, azote, vapeur d’eau…) décarburation ou recarburation superficielle, dégénérescence du graphite sous l’influence de certains composants des liants, etc. ;

• la facilité de débourrage au moment du décochage ;

• les possibilités de récupération (sables chimiques) et de régénération (sables argileux) ;

• la compatibilité entre les systèmes de liants employés (valeurs de pH assez voisines par exemple) ;

• les problèmes d’environnement aux postes de préparation des sables et de confection des noyaux : pas de dégagement de gaz incommodant ni de dégagement de chaleur, qui nécessiteraient des protections et des captages efficaces, pas de dégagement de vapeurs nocives et de poussières au poste de décochage, mise en décharge des sables frais ou brûlés non susceptibles de pollution des nappes phréatiques ;

• les facilités et la sûreté des approvisionnements et le faible coût des formules de sable et des modes de moulage employés ;

• le montant des investissements à prévoir pour les outillages, dont l’amortissement et l’entretien représentent une partie non négligeable du coût de la pièce.

Tous ces facteurs interviennent au moment du choix d’un procédé de moulage. C’est une étude complète qui doit être faite pour trouver la meilleure solution en fonction des caractéristiques des pièces demandées par le client, des cadences de production envisagées, des installations et matériels existants, des prix de revient prévisionnels et des investissements à consentir.