Procédés de moulage_Diapos (1).pdf

Solidification - procds et simulation du moulage 1 Mise en forme des mtaux - Master MAM - A. Ikhlef

Procds de moulage

RALISATION DUNE PICE DE FONDERIE

DFINITION REMPLIR REMPLIR UNE UNE EMPREINTEEMPREINTE DE MDE MTAL EN TAL EN FUSIONFUSIONREFROIDIR REFROIDIR ET ET SOLIDIFIERSOLIDIFIERPOUR OBTENIR UNE PIPOUR OBTENIR UNE PICE CE SAINESAINE

OPRATIONS 1. CONCEPTION - DESSIN - CAHIER DES CHARGES

2. LABORATION DE LALLIAGE

3. CONCEPTION DU MOULE : CHOIX DU PROCD

4. REMPLISSAGE - SOLIDIFICATION

5. PARACHVEMENT - USINAGE

6. TRAITEMENTS THERMIQUES

7. CONTRLE TOUTES LES PHASES


Procds de moulage

LES PROCDS DE MOULAGE

Sables plastiques ( verts, silico-argileux, )Sables durcissement chimique ( ciment, pltre, )Sables durcissement thermique

PROCD OBSERVATIONS

MOULE Srie Dure de vie cadence Mise au mille

MO

ULE

NO

NPE

RMA

NEN

T

Modleperdu

Modlepermanent

Polystyrne expans (limination la coule)Cire perdue (limination avant coule)

MO

ULE

PERM

AN

ENT

Coquille par gravit 1 000 40 000 15 p/h 1,8

Coquille basse pression 5 000 40 000 20 p/h 1,2

Sous pression 20 000 70 000 50 p/h 1,3

Forgeage liquide


Procds de moulage

Silice, alumine, zircon, graphite

LE MOULAGE EN LE MOULAGE EN SABLE SABLE

Le mouleConductibilit thermique : gnralement mauvaise (sauf G)Temprature de fusion leveRactivit moule mtalrugositTransferts thermiques : refroidissement lentRle des gaz : sable vert, sable tuvPossibilit de refroidisseurs ou rchauffeurs

Le modle Cuir, bois, rsines, polystyrne

Moulage sans chssis (en motte) ou avec chssis

Sries De petites (10) trs grandes (106)

Taille et forme des pices Domaines tendues (mm plusieurs m)

Coule Traditionnellement par gravit (louche ou poche verseuse). Sous faible pression possible

Alliages Tous

Proprits Ref lent : structure grossire et dfauts (criques). Amliorations : refroidisseurs et/ou inoculationStructure

Rugosit

Dpend de de la pression de tassement : 0,3 1 mm

Dpend du sable et de lenduit : Ra de 30 m moins de 10 m

Prcision dimensionnelle

MOULE PERDU ET MODELE PERMANENT


Procds de moulage

LE MOULAGE EN SABLELE MOULAGE EN SABLE

1) FABRIQUER LE MODLE (bois, mtal ou matire plastique)

-Surpaisseurs (usinage)

- Dpouilles (extraction de la pice solidifie)

2) FABRIQUER LE MOULE(sable tass autour du modle)

Qualit recherche : bonne rsistance mcanique et thermique.

Empreinte : (cavit obtenue aprs le retrait du modle

Noyaux : moules des parties creuses de la pice

Demi moule infrieur

Demi moule suprieur

Porte de noyau

Sable tass

Empreinte

Sans Avec

dpouille

Modle

Noyau

LES ETAPES

Systme dattaque, Systme dalimentation, vents



Procds de moulage

Fermeture du moule Coule de l alliage liquideExtraction de la pice : destruction du mouleFinitions : - Parachvement (dmasselottage et bavurage)

- Usinage


2) FABRIQUER LE MOULE

Systme de remplissage

Joint de moule



Systme dattaque : assure le remplissage correct de lempreinte

Systme dalimentation de la retassure (Masselottes)

vents : conduits dvacuation de lair chass par lcoulement du mtal liquide

Systme dalimentation



Procds de moulage


2) FABRIQUER LE MOULE

Systme de remplissage



Systme dattaque : assure le remplissage correct de lempreinte

Systme dalimentationde la retassure (Masselottes)

vents : conduits dvacuation de lair chass par lcoulement du mtal liquide

Systme dalimentation

Joint de moule



Procds de moulage

3) FERMETURE DU MOULE

4) COULE DE L ALLIAGE LIQUIDE

5) EXTRACTION DE LA PICE :destruction du moule

6) FINITIONS :- Parachvement :dmasselottage et bavurage- Usinage




Procds de moulage

6) Retournement et coule

Modle noyaux

2) Retournement et mise en place du modle des noyaux

Masselotte

1) Mise en place

- de la 1me partie du modle

- de la masselotte

Noyau

3) Mise en place

- de la 2me partie du modle

- des noyaux

4) Mise en place

du demi moule suprieur5) Retrait des modles



Pice avec plan de symtrie

Sable atelier1

Sable atelier2


Procds de moulage

En rgression sauf pour les pices unitaires ou les trs petites sries

MCANISATIONMachines de remplissage

Machines de serrage des moules

Dmouleuses retournement

Moules plus serrs, rsistant la pression du mtal

Meilleure prcision dimensionnelle

Meilleur tat de surface

MOULAGE LA MAIN




Procds de moulage

MOULAGE EN POLYSTYRMOULAGE EN POLYSTYRNE EXPANSNE EXPANS ou LOST FOAMou LOST FOAM

LE MOULAGE EN MODLE PERDU

1) Le modle est facile mettre en forme

2) Le modle est facile liminer avant ou pendant la coule

Le polystyrne est brl par le mtal liquide pendant la coule

MOULAGE EN CIRE PERDUEMOULAGE EN CIRE PERDUE

La cire est fondue puis limine avant la coule

PARTICULARITS

Pices de faibles dimensions de formes complexes

Alliages haut point de fusion (Ti, Ni, aciers)

Solidification lente : Structure trs grossire


Procds de moulage

MOULAGE EN POLYSTYRMOULAGE EN POLYSTYRNE EXPANSNE EXPANS

ModModlele : Dcoupage et collage

MoulageMoulage : Emballage dans le sable

CoulCoulee : Le mtal liquide brle le modleDgagement gazeux important

Intrt : - Suppression de ltuvage des moules en sable- Suppression du dmoulage et des dpouilles- Diminution des bavures

Rduction des cots(dlais, stockage des modles,manutention, frais dbarbage)Grandes sries automobile

PICES UNITAIRES GRANDE TAILLE

1 sable

2coule gaz

3 4



Procds de moulage

MOULAGE EN POLYSTYRMOULAGE EN POLYSTYRNE EXPANSNE EXPANS

Intrt : - Prcision des pices et rduction des masselottes- Suppression du dmoulage et des dpouilles- Diminution des bavures

Rduction des cotsInconvnients- Mise au point des nouveaux modles

PICES DE SRIE

ModModlele : Injection sur machine

MoulageMoulage : Emballage dans le sable et compactage par vibrations

CoulCoulee : Dcomposition thermique du polystyrne(formation de graphite linterface sable-mtal)Dgagement gazeux important

EnduisageEnduisage: vite l'effondrement du moule, l'entranement de sablePermable aux gaz



Procds de moulage


2) Fabrication des modles en cire injection de cire, sous forte pression dans les moules

1) Fabrication des moulesle plus souvent, mtalliques (formes modles)

Extractiondu modleen cire

4) Immersion de la grappe dans une barbotine base de silice

5) Saupoudrage ou immersion dans un matriau rfractaire :obtenir une paisseur suffisante pour rsister aux diffrentes manutentions et au poids de lalliage aprs coule.

Injection de cire

3) Constitution de la grappe runion des modles



Procds de moulage


7) Schage puis cuisson de la barbotine : la cuisson durcit la cramique et brle la cire . On obtient une cavit qui est lempreinte exacte du modle.

8) Coule de lalliagedans le moule en cramique.

6) Chauffage : limination de la cire

9) Destruction de la carapacepour librer la pice.



Procds de moulage

Les avantages

Ralisation de formes complexes, Trs grande prcision dimensionnelle Trs bon tat de surface (usinage limit)

Les inconvnients

Cot unitaire lev Solidification lente dans un moule chaud Limitation des dimensions des pices


Petites sries : Aronautique (aubes de turbines), lectronique



Procds de moulage

LE MOULAGE EN COQUILLELE MOULAGE EN COQUILLE

Oprations et conception analogues au moulage en sable

Moule mtallique (gnralement en fonte) Refroidissement trs rapide Ouverture du moule pice encore chaude (350 500 C).

Remplissage et Alimentationjection ou extraction jection ou extraction de la pide la piceceParachvement

jection

Fixe

LE MOULAGE EN MOULE PERMANENT

Moule

MouleMoule Moule

Moule

Remplissage


Procds de moulage

FONCTION MOULAGE

CHAPE : formes extrieures de la pice NOYAUX : formes intrieures SEMELLE : support des chapesTALUS : Pice rapporte (remplace aprs usure)

FONCTION REMPLISSAGE ET ALIMENTATION

Orifices et conduits creuss dans les chapes- Descente de coule- Canal et attaques- Masselottes

Ralisation : fontes et aciers



Semelle

Talus

Remplissage et alimentation

Chape


Procds de moulage

FONCTION JECTION

Enduit plusieurs fonctions :

1) Protger lempreinte 2) Faciliter le dmoulage3) Rguler les changes thermiques (enduits isolant et conducteurs)4) Amliorer ltat de surface

Assure par : 1)Action mcanique (parties mobiles et jecteur)2)Dpouille3)Poteyage

POTEYAGE


jection

Fixe

Fortes paisseurs prs des masselottesCoule en coquille chaude (viter les malvenus)

Ncessit de rgler le rgime thermique de la coquille Chauffage localis (brleur gaz, rsistances)

Variation de lpaisseurRefroidissement localis (air, eau, poteyage*)

SANT DE LA PICE



Procds de moulage

LE MOULAGE EN COQUILLE PAR GRAVITLE MOULAGE EN COQUILLE PAR GRAVIT

Bonne prcision dimensionnelle (usinage rduit) Bon tat de surface Microstructure plus fine (refroidissement rapide)

Cot : amorti partir de 1 000 units Moule rigide : difficult de fabrication Limit aux alliages bas point de fusion changes thermiques rapides : remplissage et alimentation difficiles Systme djection : Automatisation sans dformer la pice

AVANTAGESAVANTAGES

INCONVINCONVNIENTSNIENTS



Procds de moulage

LE MOULAGE EN COQUILLE BASSE PRESSIONLE MOULAGE EN COQUILLE BASSE PRESSION


Demi-moule suprieur

Demi-moule infrieur

Empreinte

Gaz comprim

Four

Creuset en fonte

Creuset en graphite

Tube dinjection

Sens du dmoulageRemplissage

-Moule (fonte ou acier) au dessus du four de coule

- Mtal liquide refoul par un gaz (air, azote) sous pression (40 kPa)

AVANTAGES

Suppression des masselottes (gain de mise au mille)

Cadences plus leves, meilleure productivit

Amlioration des caractristiques des alliages

Prcision dimensionnelle

Automatisation

Domaines demploi : automobile (culasses en Al)


Procds de moulage

LE MOULAGE EN COQUILLE SOUS PRESSIONLE MOULAGE EN COQUILLE SOUS PRESSION

Moule (acier au Cr-Mo) monts sur plateau dune machine hydraulique de grande puissance(viter ouverture du moule ou une fuite au joint)

Mtal liquide introduit par injection sous forte pression (70 100 MPa en phase finale) trs forte vitesse (remplissage en moins de sec)

AVANTAGES

Suppression des masselottes et usinage Cadences plus leves, meilleure productivit Amlioration des caractristiques des alliages Prcision dimensionnelle, trs bon tat de surface Pices plus lgres tanchit des pices Dure de vie des outillages : limiteMcanisation totale - Cadences leves

Inconvnients Cot : Outillage relativement cher Dessin des pices simplifi pour une meilleure extraction

PistonDinjection

UNIT DINJECTION

Creuset (pot)

Cylindre

Mtal liquide

CavitSYSTME DJECTION

Col de cygne

MoulePressehydraulique



Procds de moulage

Le procd de moulage chambre chaude est utilisuniquement pour le zinc et d'autres alliages (certains alliages de magnsium) ayant un point de fusion bas qui n'attaquent ni n'rodent facilement les pots, les cylindres et les pistons d'injection en mtal..

Le piston d'injection et le cylindre, qui constituent le mcanisme d'injection, sont immergs dans le mtal en fusion dans le creuset (ou pot), qui fait partie intgrante de la machine.

SYSTME CHAMBRE CHAUDE

Coule automatique sous pression de 5 30 MPaMtal toujours la bonne tempratureInterdit les alliages dAl (dissolution de Fe)

Alliages de Mg et de Zn

LE MOULAGE SOUS PRESSIONLE MOULAGE SOUS PRESSION


Nez du col de cygne

Buse dinjection

Creuset

Mtal

Orifice de remplissage du vrin

Piston

Tige de vrin

Chemise

PistonDinjection

Creuset (pot)

Cylindre

CavitSYSTME DJECTION

Col de cygne

Moule

Pressehydraulique

UNIT DINJECTION


Procds de moulage

1. Monte du piston : remplissage

2. Injection sous pression jusqu' la solidification.

3. Ouverture du moule et remonte du piston

4. jection de la pice et remplissage du col de cygne

LE MOULAGE SOUS PRESSIONLE MOULAGE SOUS PRESSION SYSTME CHAMBRE CHAUDE



Procds de moulage

Le systme d'injection n'est pas immerg dans le mtal en fusion.

La charge est transfre, grce une poche de coule, du creuset dans une chambre d'injection, o un piston d'injection hydraulique pousse le mtal dans le moule. La matire excdentaire est utilise pour forcer le mtal supplmentaire dans l'empreinte du moule afin de compenser la contraction qui se produit durant la solidification.


Systme chambre froide

Mtal versmanuellement ou mcaniquementPression dinjection : 25 300 MPa



Procds de moulage

1. Le moule est ferm et le mtal en fusion est transfr grce une poche de coule dans la chambre d'injection de la chambre froide.

3. Le moule est ouvert et le piston d'injection avance, pour assurer que la pice moule reste dans le bloc mobile. Les noyaux, s'il y en a, se rtractent.

2. Le piston d'injection pousse le mtal en fusion dans la cavit du moule o il est maintenu sous pression jusqu' solidification

4. Les tiges djection poussent la pice hors du bloc mobile et le piston d'injection retourne sa position initiale.

SYSTME CHAMBRE FROIDE

1 2

3 4




Procds de moulage

Une presse d'injection sous pression chambre froide : BUHLER H-630 SC

Cette machine permet de fabriquer tous les types de pices coules. La variabilit des courbes de

Sa force de fermeture est de 7060 kN soit720 tonnes.

Une telle machine peut couler des alliages d'aluminium et de magnsium.




Procds de moulage

LE MOULAGE par CentrifugationLE MOULAGE par Centrifugation


MOULE

Sable ou coquille mtallique en rotation pendant la couleLe mtal liquide est projet sur la paroi du moule par la force centrifuge

Pices de formes simples creuses ou cylindriques : galets de roulement, roues, tubes, cylindres de laminoirs, calandres, chemises de moteurs, etc.

Possibilit de coule multicouches

important : industrie lourde (Saint Gobain)

Ni canaux, ni masselotte (mise au mille proche de 1)Refroidissement rapide (Procd Lavaud) ou lent (procd wet spray)Structure fine, sans porosit ni inclusionsFabrication de pices bimtalliques par double coule

PICES, ALLIAGES

Fontes grises, Cuivreux, Aciers

Lutilisation la plus clbre : tuyaux en fonte graphite sphrodal

AVANTAGES

INVESTISSEMENT

eaux grasses industrielles (St Gobain)

Bague en bronze

Tuyau dvacuation


Procds de moulage

SQUEEZE CASTING SQUEEZE CASTING FORGEAGE LIQUIDEFORGEAGE LIQUIDE

PRINCIPE

1) Remplissage de lempreinte2) Application dune pression sur le mtal encore liquide

SQUEEZE CASTING DIRECT

Moule matrice mont sur une presse verticale de forgeLe mtal est coul dans la matrice puis comprim par un poinon sous une pression de 50 100 MPa

Moule matrice mont sur une presse verticale de forgeLe mtal est coul dans la matrice puis comprim par un poinon sous une pression de 50 100 MPa

Refroidissement + rapide quen moulage sous pression Structure fine, sans porosit, aptitude au traitement thermiqueProprits quivalentes aux pices corroyes

Proprits

Alliages Faible intervalle de solidification : Al Si Mg ou Al Si Cu

Inconvnients - limites Forme des picesDosage prcis ( 1% prs) de la quantit de liquideSensibilit la crique



Procds de moulage

COULCOULE SEMIE SEMI--SOLIDE OU THIXOMOULAGESOLIDE OU THIXOMOULAGE


Alliage thixotrope : microstructure en globules obtenue grce un brassage dans lintervalle de solidification

Structure globulaire dun alliage AlSi7MgObtenue par brassage lectromagntique

Procds : Le thixomoulage (thixocasting)Fusion

Coule

BrassageRchauffage(50% sol 50% liq) Injection

Sol + liq


Procds de moulage



Procds : Le thixomoulage (thixocasting)

1) Elaboration de lalliageEtat thixotropique

3) Rchauffage du lopinau dessus de TE

4) Mise en place dans le conteneur et injection

2) Trononnage en lopins

T

t

TE+


Procds de moulage



Alliage thixotrope : microstructure en globules obtenue grce un brassage dans lintervalle de solidification

Procds : Le Rhomoulage

Fusion

Coule

Brassage Rchauffage Injection

Avantages : plus conomique que le thixomoulage mais limit aux pices de faible masse < 2kg


Procds de moulageLE MOULAGE EN MOULE PERMANENT

PROPRIPROPRITTS DES ALLIAGES THIXOTROPESS DES ALLIAGES THIXOTROPES

- Proche de 0,1 Pa.s*- dpend fortement du temps et diminue si la contrainte de cisaillement augmente

* Pour un liquide, la viscosit 0.001 Pa.s et est indpendante de t

La pice thixotrope peut tre manipule comme un solide mais elle devient fluide la coule

2) TEMPRATURE DE COULE PLUS FAIBLE

-Refroidissement rapide et structure fine-Plus grande dure de vie du moule-Moins de dfauts (retassures et porosit)

Possibilit dinjection en rgime non turbulent (pas dair, pas de porosit)

1) VISCOSIT :

3) QUANTIT DE CHALEUR VACUER PLUS FAIBLE

4) APPLICATIONS

-Compacit excellente-Bonnes proprits mcaniques-Peu ou pas dusinage

Pices de scurit (automobile) : bras de suspension, support moteur, rampe dinjection

AlSi7Mg

Autres alliages dalu : AlSi6Cu3Mg, AlSi17Cu4Mg, AlMg5Si2

Mg Al9Zn1 Botiers de portables, ordinateurs, app photo


Procds de moulage

Lingotire

Extraction du lingot vitesse constante (0,5 4 m/min)

Oxycoupage

Alimentation continue en acier liquide

RRpartiteurpartiteur

Poche de coule

Rgulateur de dbit

Lingotire (ref eau)

Refroidissement secondaireRouleaux extracteurs

Cintrage

Guidage

Redressagedcoupage

eau

Refroidissement secondaire

Poche de coule

Rgulateur de dbit

Lingotire (ref eau)

Refroidissement secondaireRouleaux extracteurs

Cintrage

Guidage

Redressagedcoupage

eau

LA COULE CONTINUE


Procds de moulage

LA COULE CONTINUE

PRINCIPE

-Solidification dune barre de longueur infinie dans une LINGOTIRE sans fond puis extraction jusqu solidification complte

-Formation dune crote solide rsistante la pousse du mtal

liquide

-Poursuite de la solidification

-Front de solidification commenante

-Front de solidification finissante

-Fond du puits liquide

-Fin de solidification

-Lingotire

-Refroidissement -secondaire

-Extraction du lingot vitesse constante (0,5 4 m/min)

-Oxycoupage

-Alimentation continue en acier liquide


Procds de moulage

Sgrgation axiale dans une brameSgrgation

longitudinale dun bloom

- Front dendritique au contact de la lingotire

- Lavance du front : structure en 3 zones

. ZP : 1 5 mm

. ZC : 10 50 mm

. ZE : au centre

- Sgrgation interdendritiquemineure, limite quelques centaines de microns

-Sgrgation majeure axiale ou longitudinale

LA COULE CONTINUE

STRUCTURE DE SOLIDIFICATION


Procds de moulage

LES LMENTS DE LA MACHINE DE COULE

-Rpartiteur

Caisson en acier + plaque de cuivre Rainures dans la plaque pour la circulation deau (10 m/s)-Lingotire

-Rcipient intermdiaire entre la poche et la lingotire- Reoit le mtal de la poche (x 10 T)-Alimente les lingotires sans discontinuit (rgulation du dbit)-Joue un rle de tampon thermique- Permet la dcantation des inclusions

- vacuation efficace de de la chaleur (2 5 MW/m2 au niveau du mnisque)

- Permet la formation de la peau du lingot

- Mouvement doscillation verticale pour viter le collage

- Poche de mtal liquide

1 m

-Rouleaux dextraction (0,5 4 m/min)

-Oxycoupage

-Refroidissement secondaire (aspersion deau)


Procds de moulage

LES DIFFRENTS TYPES DE MACHINE DE COULE

Verticale

Verticale cintrage sur produit solide

Verticale cintrage sur produit liquide cur

Machine courbe

Machine courbe dcintrage progressif

Machine horizontale(seulement petites billettes)

Verticale : pour aciers fragilesHorizontales : billettes de petite taille

0

10

20

30

(m)Cot lev

(hauteur)

rayon 10 15 m


Procds de moulage

PRODUITS DE LA COULE CONTINUE

Demi produits issus de la coule continue

PRODUITS PLATS LAMINS CHAUD

PRODUITS PLATS RELAMINS FROID

PRODUITS LONGS LAMINES A CHAUD


Procds de moulage

PRODUITS DE LA COULE CONTINUE

COULE CONTINUE DES ACIERS

15 < d < 30 cm75 < L < 270 cm

15 < a < 30 cm15 < e < 30 cm

Billette carre / ronde

BloomBrame


Procds de moulage

LE COULE CONTINUE DES ALLIAGES NON FERREUX

-Le moule en graphite est extrmits ouvertes.

-Le mtal se solidifie pour produire une barre, un tube ou un profil quelconque, selon la forme dsire.

-Le moule est refroidi leau et la forme est extraite une vitesse contrle laide de rouleaux, puis scie la longueur dsire.

Avantages :-Dcantation des poussires et scories-Temprature de coule plus basse -Refroidissement du moule et solidification directionnelle -Produit homogne, grains fins et trs denses-Rendement de productivit leve.

-Alliage de cuivre


Procds de moulage

COULE SEMI CONTINUEProcd adopt pour la coule des produits Al et alliages

-Un faux fond ferme la lingotire au dmarrage ; il est entran vers le bas par un vrin, vitesse rgulire. La billette se solidifie jusqu la longueur souhaite.

-La solidification seffectue en couches horizontales successives ; on a un alliage compact sans retassures, grain fin et homogne, avec peu de sgrgations.

- La coule est dite semi continue car elle s'arrte lorsque le piston arrive bout de course, par exemple tous les 10 mtres.


Procds de moulage

- La plus utilise est la machine de Hazelett

- Le mtal est solidifi lors de son passage entre deux bandes en inox refroidies par circulation deau

LA COULE ENTRE BANDES

-Laminoir

-Bassin dalimentation

-Bassin de dcantation

-Courroie

-Ref jet eau -Ref jet

eau


Procds de moulageLA COULE ENTRE BANDES


Procds de moulage

COULE CONTINUE HAZELETT ENTRE BANDES

Al et alliages

-Bobineuses

-9 35 mm-480 525 C -2 3 mm

-Rouleaux de-pincement -Laminoirs

-315 375 C

Largeur max 2,50 mLongueur : 2 5,5 mMasse jusqu 60 tVitesses : 13 m/min

Documents

Procédés de moulage_Diapos (1).pdf