Frottement de moule et provoque sur le sable

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Frottement de moule et provoque sur le sable

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Les organes et pièces constituants les machin es et appareils proviennent de sources
diverses de fabrication telles que le forgeage, l’usinage, l’ estampage, la fonderie, etc.
La technique de fonderie est le plus souvent utilisée, car elle est non seulement
- Elle permet de produire des pièces de fo rmes complexes (diffi cilement réalisables
par usinage ou par d'autres procédés ).
- La série des pièces est identique.
- L’obtention de pièces massives te lles que bâtis, volants, etc..
Le moulage ou fonderie est un ensemble de pr océdés qui permet de réaliser des pièces
métalliques brutes. Le moulage proprement dit, consiste a réaliser des pièces brutes par
coulée du métal en fusion dans un moule en sabl e ou en métal (représentant l'empreinte de la
pièce à obtenir). Le métal en se solidifiant, reproduit les contours et dimensions de
Dans la spécialisation de la fonderie, on distingue pratiquement les fonderies
a. La nature des métaux et alliages :
- Fonderie d'aluminium et ses alliages.
- Fonderie de cuivre. Bronzes, laitons, etc.
- Fonderie de mécanique industrielle.
- Moulage en sable (m anuel ou mécanique).
- Moulage en coquilles (moule permanent).
Dans ces procédés, le moule peut-être pe rmanent ou non perman ent (destructible).
Le moule non permanent : est utilisé qu'une seule fois, pour extraire la pièce. il faut le
détruire, l'empreinte est obten ue par moulage du matériau c onstitutif autour d'un modèle
Le moule permanent : peut servir un gran d nombre de fois, il est réalisé en plusieurs
parties pour faciliter l'extraction de la pièce. Il est utilisé surtout lorsque la quantité de pièces
Le choix des procédés de moulage en dépend du métal à couler. En général la
température de fusion du métal coulé doit être inférieure à la température de fusion du
Comme il a été sus-mentionné, le moulage es t généralement très économique, mais les
caractéristiques d'un alliage coul é sont plus faible que celle s du même alliage forgé Les
défauts de fonderie, fréquents dans les pièces moulées, diminue nt encore leur résistance
globale, certains de ces défa uts, dus aux gaz occlus ou à la contraction du métal au
refroidissement, mais peuvent-être évité s par un tracé judicieux des formes.
Le moulage en sable consiste à couler le métal en fusion dans l'empreinte du moule en
sable, réalisée d'après un modèle ayant la form e de la pièce à obtenir . Le moulage en sable
est le procédé le plus ancien et convient presque pour tous les métaux et alliages de moulage.
Il s'adapte bien aux petites séries de pr oduction et surtout pour les pièces de grandes
Un moule simple est constitué de deux parties : la partie supérieure et la partie
inférieure. La figure 201 représente un m oule en sable avec le s différentes parties
essentielles. Le métal en fusion est coulé à traver s le trou du système de coulée, en traversant
les canaux jusqu'au remplissage de l'empreinte. Après refroidi ssement et solidification, la
pièce est sortie pour subir les di fférentes opérations de finition.
L'ensemble des opérations de moulage en sable est donné par le schéma si-dessous :
Dans le moulage en sable on dist ingue deux types de moulages :
Le moulage en sable manuel est utilisé surtout pour la fabrication des pièces unitaires
et des pièces de grandes dimensions, qui ne pe uvent pas être réalisées dans des machines de
La figure 202 représente le matériel nécessaire pour le moulage en sable manuel :
- Aiguille (pour la confec tion de trous d'air).
- Truelle ( pour rendre lisse la face de joint du moule).
- Pillette et fouloir (pour le compactage du sable).
- Spatule (pour rendre lisse les différentes surfaces du moule après démoulage.
- Mandrin de coulée (pour la confection du trou de coulée).
- Marbre (sur lequel s'effectue la préparation du moule).
Le modèle est une représentation sous form e d'une pièce ou ensemble de pièces de
l'objet à fabriquer et permettant la confection de l'empreinte du moule en sable. Il est exécuté
en bois ou en métal d'après le dessin de fabri cation, c'est à dire, le ma tériau utilisé pour la
confection du modèle dépend essentiellement du procédé de moulage (manuel ou
- Une bonne résistance contre les contraintes mécaniques.
- Une bonne résistance contre les contraintes chimiques (h umidité, liant du sable, gaz
- Une bonne résistance contre les contraintes thermi ques (échauffement du modèle
dans les différents pr océdés de moulage).
- Une précision de la forme et des dimensions.
Le bois reste depuis longtemps, la matière essentielle pour la confection des modèles.
Pour chaque type de bois, en trouve des prop riétés différentes. On utilise surtout des bois
traités, sans fissures et secs (moins de 10 % d'humidité) pour prévenir leur déformation au
La surface de travail doit être lisse et rési stante à l'usure. Pour exécuter des pièces en
grandes série, les modèles sont métalliques, ils sont usinés, polis et montés sur plaques
modèles métalliques. Ils sont conçus à pa rtir de différents alliages tels que :
Sur les surfaces des modèles, sont appli qués des enduits destin és à améliorer leurs
propriétés de surface. La couche mince d'enduit ne doit pas avoir une influence sur la forme
et les dimensions du modèle. Les enduits métalliques sont obtenus par galvanisation ou
chromisation et non méta lliques par peinture.
Lors de la réalisation du modè le on doit tenir compte de :
a. L’usinage : s'il y a lieu. Dans ce cas, la pièce brute doit comporter des surépaisseurs
qui seront enlevées durant l'opération d'usinage. Donc les dimensions du modèle doivent être
augmentées de 2 à 3 mm. Générale ment la grandeur de la suré paisseur d'usinage est choisie
suivant un tableau spécial. Elle dépend essentiellement de la nature du métal à couler, des
dimensions de la pièce et de la posi tion de ses surfaces pendant la coulée.
b. Le retrait : car lors du refroidissement, le métal se contracte, le retr ait est la valeur
de cette contraction. Donc on ma jore les dimensions du modèle de 1 % pour la fonte et de 2
c. La dépouille : les formes du modèle doivent perm ettre son extraction du sable sans
dégradation du moule. Dans ce but, on donne une certaine inclinaison aux parois du modèle,
c'est la dépouille (pente de 3 à 10%), comme le montre la figure 4.b. La dépouille est
La dépouille peut se faire en augmentation à égalité de la pièce ou encore en diminuant
les dimensions de la pièce, si le rôle de celle-c i n'est pas important. En général, le modèle est
souvent en plusieurs parties démontables pour fa ciliter le démoulage et permettre la sortie
Lorsqu'une partie du modèle fa it saillie sur le modèle et à une direction autre que celle
générale du moulage, il est bien évident que l'on ne peut démouler cette partie au même
temps que le modèle sans arracher une portion du sabl e du moule. Pour éviter cet
inconvénient on fait cette partie du moule démontable, au moment du dém oulage, le corps C
(fig. 203) est démoulé dans la direction géné rale du démoulage D, alors que la partie
démontable P, reste dans le moul e, et elle est ensuite démoulée suivant la direction S dans la
cavité du moule laissé pa r le corps C démoulé.
Les modèles peuvent être aussi creux ou pleins. Les modèles de petites dimensions sont
massifs et au contraire ceux de grandes dimensions sont creux af in de diminuer le prix de
Pour obtenir le contour intérieur de la pi èce, on emploie les noyaux, qui sont placés
dans le moule. Le moulage avec noyau s'impose lorsque les pièces présentent des évidements
qu'il serait difficile ou même impossible d'obtenir par moulage au naturel.
Le noyau est confectionné en sable auto-sic catif, dans un moule appelé boite à noyau.
La boite en bois ou métallique (fig. 204), et se compose de deux parties assemblées par des
Lorsque le sable est serré ce dernier prend la forme du moule. Le noyau est sorti de la
boite sans détérioration, ensuite il est séché (cuit) à l'étuve pour lui donner une solidité lui
permettant de résister à l'éros ion du métal en fusion et aux ef forts de compression qu'il subit
lors du refroidissement de la pièce.
L’incorporation de certaines résines s ynthétiques au sable du noyau permet soit :
- Un moulage du noyau dans une boite métallique chauff ée modérément et dans
laquelle le sable est injecté. Le durci ssement dure alors moins d'une minute. Un
dispositif pneumatique porté par la machine assure l'ouverture et la fermeture de la
- Un moulage à la main et un durcissement à froid moins rapide, mais qui dispense
de l'étuvage habituel (séchage th ermique ou durcissement chimique).
Les dimensions du noyau sont établies comme celles du modèle, en tenant compte des
surépaisseurs d'usinage, du retrait et de la dépouille éventuellement.
Pour la fabrication des pi èces en petites série, on utilis e les noyaux perdus, qui sont
confectionnés à partir du sable siliceux et liant. Ces noyaux sont détruits lors de l'extraction
Pour la fabrication de pièces en grande série, on utilise le plus souvent les noyaux en
acier ou en fonte, afin d'éviter leur collage avec la pièce, ils sont peints avant la coulée avec
un noir résistant à la chaleur. Lors de l'extraction de la pièce, ils ne sont pas détruits et
Le sable de moulage doit être infusible (rés ister à la température de coulée du métal),
résistant (résister à l'érosion du métal liquide) et poreux (ne peut s'opposer au passage des
gaz produits au moment de la coul ée), et se compose en général :
a. De sable quartzeux (86 à 96 %) pratiquement infusible en contact avec le métal
b. D'argile (bentonite) (3 à 10 %) qui lie les grains de silice entre eux et empêche le
moule de se détériorer après enlèvement du modèle. Dans certains cas au lieu de
l'argile, on utilise d'autres liants tels que huiles végétales, verre soluble, dextrine,
résine, bitumes, lessive sulfurique etc.
c. Le noir de fonderie, graphite pulvérisé ou noir végéta l (2 à 6%) (charbon de bois
pulvérisé) qui brûle en contact du méta l en fusion et donne ainsi au moule la
porosité et la perméabilité nécessaire à l'évacuation des gaz (eau, vapeur d'eau,
oxyde de carbone) qui seraient em prisonnés dans l'empreinte.
d. On incorpore de l'eau, des résines fura nniques accompagnées d'un catalyseur dans
le proportion globale de 1,5 %. Les résines provoquent le durcissement assez rapide
du moule à la température ambiante.
- De contact qui adhèrent à la surface du modèle et se trouve en contact avec le métal
- De remplissage, (vieux sable), utilisé pour combler tout le volume du châssis.
- Unique, utilisé dans les fonderies méca nisées où l’on a recours au sablage
mécanique. On emploie le sable unique pour remplir tout le volume du châssis. Sa
cohésion, sa perméabilité et réfractairité sont élevées.
Les compositions et différentes propriétés des différents types de sables de moulage
sont représentées dans le tableau ci-dessous.
Les sables utilisés pour le moulage de l'acie r doivent être plus réfractaires et ne
contiennent pas de charbon. Pour les sables, au lieu de l'argile, on utilise la bentonite. Afin
d'augmenter la réfractairité du sable de contact, on introduit dans le dernier un quartz
La composition des sables de moulage et de noyaux est très diverse et dépend de la
nature du métal, de l'épaisseur des parois de la pièce , de sa masse, de la forme etc. Les sables
à noyaux doivent être plus compressibles, réfr actaires et perméables que les sables de
moulage car autour du noyau se tr ouve le métal liquide, c'est pour quoi pour le noyautage, on
utilise des matériaux plus réfrac taires la proportion en sabl e quartzeux est élevée). Donc
l'élément de base d'un noyau est le sable siliceux avec addition des agglutinants et
L'argile naturel représente un type d'agglu tinant et peut devenir plastique en présence
de l'eau, son rôle est de souder entre eux les grains de silice. L'agglomérant est destiné à
donner une résistance après cuisso n. Les différents types d’aggl omérants utilisés en fonderie
sont la dextrine, l’huile à lin, l'huile cuite, produit de pétrole distillé et la lessive sulfurique.
Ces deux types de liants sont introduits en quantité de 1 à 5 % pour augmenter les
propriétés du sable et ce la grâce à la form ation d'une pellicule dure au tour des grains du sable
Pour la fabrication des pièces in alliages non ferreux, on utilise du sable argileux et
pour les alliages à base de ma gnésium, on ajoute 0,5 à 1 % de soufre ju squ'à 0,5 % d'acide
borique pour éviter l'action nocive de l'oxygène.
Dans le cas des sables spéciaux tels que le sable au silic ate de soude, le sable soumis à
l'action du gaz carbonique (CO 2 ), ils durcissent instantanéme nt. Ces sables contiennent 95 à
97 % de sable quartzeux, 3 à 5 % d'argile, 5 à 7 % de verre soluble ou de sable auto-
durcissable, qui assure son durcissement pend ant 3 à 5 min. Pour cela, on doit introduire
dans le sable 5 % de verre soluble et 2 à 3 % de laitier contenant du Cr 2 O 3 .
C’est un cadre rigide fabriqué en fonte, en acier ou en aluminium parfois en bois, sans
fond, destiné à contenir et à soutenir le sa ble constituant le moule. Un châssis complet
comprend au moins deux parties (fig. 205).
- Partie supérieure ou châssis de dessus.
- Partie inférieure ou châssis de dessous.
Les châssis sont nervurés intérieurement et dans le cas échéant, quand les conditions de
moulage l'exigent, on ajoute une partie in termédiaire appelée ch ape (partie du moule
intercalée entre le dessous et le dessus). Les châssis portent des ore illes percées permettant
un repérage précis a l'aide de broches ou de goujons . On trouve également sur les cadres, des
poignées de manœuvres et de pa ttes de crampons servant à placer des serre-joints ou des
étriers destinés à empêcher la partie du moule de s'écraser sous la pression du métal liquide
lors de la coulée (dans le cas des châssis en bois).
On appelle motte. le modèle dont on a enlevé le châssis, av ant coulée pour l’utiliser de
3.2.1.6. Les corps de refroidissement
Les corps de refroidissement forment une certai ne partie à la surfac e de la pièce coulée
et sont destinés à absorber rapidement la chal eur du métal coulé. Ils sont introduits dans le
moule aux endroits favorisa nts les retassures (fig. 206) . L'épaisseur du corps de
refroidissement est d'environ 0,7 fois l' épaisseur de la paroi de la pièce.
3.3. Opération d'exécution manuelle d'un moule en sable
Soit à exécuter le moule de la pièce représ entée par son dessin de définition dont le
modèle est représenté par la figure 207. L'exécution manuelle d'un moule en sable comprend
a. Confection de la part ie inférieure du moule :
- La partie II du modèle est placée sur un marbre sur lequel se trouve le châssis
- Le sable de moulage neuf est tamisé sur la face du joint, autour et au dessus du
- Remplir progressivement le châssis de sable vieux tout en serrant au fouloir et à la
- Le châssis est retourné pour que la face de joint soit lisser à la truelle, ensuite elle
est saupoudrer avec du sable blanc sec, exempt d'argile. Ensuite enfoncer
légèrement le mandrin de c oulée et le mandrin d'évent
b. Confection de la pa rtie supérieure du moule :
- Engougonner le châssis de dessus.
- Tamiser du sable de moulage neuf, pui s enfin de sable vieux et serrer.
- A l'aide de l'aiguille piquer les trous d'air qui facilite ront l'évacuation des gaz.
c. Démoulage du modèle et du mandrin :
- Enlever le mandrin de coulée et d'évent.
- Séparer les deux châssis pou que le sable blanc saupoudré sur la face des joints
- Sortir le modèle après l'avoir ébranlé doucement en utilisant un tire fond qui
- Exécuter et lisser à la spatule, le basi n de coulée (masselotte ) dans le dessus du
châssis et la canal de coulée dans le dessous du châssis.
- Lisser légèrement l'empreinte et le saupoud rer de noir de fonderie qui donnera à la
Il s'agit de la préparation du moule déjà exécuté en vu e de la coulée du métal :
- Pose du noyau s'il y a lieu, on donne au noyau un appui par sa partie ou ses parties
hautes, car à défaut, lors de la coulée, il serait soulevé par la poussée du métal
- Pose du châssis de dessus sur le châssi s de dessous en vérifiant leur position
relative et leur contact. Le m oule est posé sur un lit de sable.
- Placer sur le châssis supérieur des poids af in d'éviter son soulèvement lors de la
coulée du métal qui forme une certaine pression.
On peut utiliser le moule tel qu'il vient d'être réalisé et dans ce cas le moulage est dit
moulage à vert (en raison de l' humidité du sable, des surfaces externes des pièces, surtout
pour la fonte, sont durcies après refroidisse ment, ce qui peut pro voquer la détérioration
Pour éviter ce durcissement superficiel, on pratique le moulage étuvé. Après avoir
badigeonné les parois de l'em preinte avec de la poudre noir de fonderie, pour les rendre
moins friables, on sèche les moules en étuve. Cette pratique prend beaucoup de temps et
nécessite des installations très coûteuses. Ce mode de moulage et évité actuellement par
l’emploi de sables contenants des résines, dont le durcissement à froid se prête au moulage à
vert dans de très bonnes conditions.
Le métal liquide, destiné à remp lir l'empreinte du moule, es t obtenu après fusion dans
le cubilot ou dans des fours de fusion, il est recueilli dans une poche de coulée, représentant
un récipient en tôle d'acier garnie intérieure ment d'un revêtement ré fractaire préalablement
La poche de coulée est transportée et ma nœuvrée à la main ou mécaniquement, cela
dépend de la capacité de cette dernière.
Afin d'éviter les fuites du méta l qui se produisent dans le plan de joint du moule à cause
de la poussée verticale du métal arrivant dans l'empreinte, on charge le châssis avec des
poids (fonte en gueuse par exemple) ou on relie les deux châssis par des goujons.
Le métal liquide est versé par le trou de c oulée jusqu'à remplissage complet. Lorsque la
quantité de métal à couler est relativement importante ou lors que la pièce re présente des
parties hautes, on ajoute des masselottes (évent), dont le volume disponi ble à pour effet de
nourrir l'empreinte, donc ce sont des réserves de métal en fusion qui facilitent le bon
Lors de la coulée, le méta l liquide pénètre dans l'empr einte du moule à travers le
système de coulée. En géné ral un système de coulée (fi g. 209), se compose de :
- Entonnoir de coulée : destiné à recevoir et à couler le métal liquide provenant de
la poche de coulée vers le canal de descente.
- Canal de descente : c'est un canal vertical, destiné à conduire le métal liquide vers
les autres éléments du système de coulée
- Canal transversal : c'est un canal horizontal ayant, en plus du rôle de la co
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