Processus de moulage et de forgeage

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Introduction de pièces moulées et forgées

Dans le travail des métaux, la coulée est un processus dans lequel un métal liquide est introduit dans un moule (généralement par un creuset) qui contient une impression négative (c'est-à-dire une image négative tridimensionnelle) de la forme souhaitée.Le métal est coulé dans le moule à travers un canal creux appelé carotte.Le métal et le moule sont ensuite refroidis et la pièce métallique (la pièce moulée) est extraite.Le moulage est le plus souvent utilisé pour créer des formes complexes qui seraient difficiles ou peu rentables à réaliser par d’autres méthodes.
Les procédés de moulage sont connus depuis des milliers d'années et ont été largement utilisés pour la sculpture (notamment en bronze), les bijoux en métaux précieux, ainsi que les armes et outils.Les pièces moulées de haute technologie se trouvent dans 90 % des biens durables, notamment les voitures, les camions, l'aérospatiale, les trains, les équipements miniers et de construction, les puits de pétrole, les appareils électroménagers, les tuyaux, les bouches d'incendie, les éoliennes, les centrales nucléaires, les appareils médicaux, les produits de défense, les jouets et plus.

Les techniques traditionnelles comprennent le moulage à la cire perdue (qui peut être divisé en moulage centrifuge et moulage par coulée directe sous vide), le moulage en plâtre et le moulage en sable.

Le processus de moulage moderne est subdivisé en deux catégories principales : le moulage consommable et non consommable.Il est en outre décomposé par le matériau du moule, tel que le sable ou le métal, et par la méthode de coulée, telle que la gravité, le vide ou la basse pression.

Le forgeage est un processus de fabrication impliquant la mise en forme du métal à l'aide de forces de compression localisées.Les coups sont portés avec un marteau (souvent un marteau perforateur) ou un dé.Le forgeage est souvent classé selon la température à laquelle il est réalisé : forgeage à froid (un type de travail à froid), forgeage à chaud ou forgeage à chaud (un type de travail à chaud).Pour ces deux derniers, le métal est chauffé, généralement dans une forge.Le poids des pièces forgées peut varier de moins d'un kilogramme à des centaines de tonnes métriques. Le forgeage est réalisé par les forgerons depuis des millénaires ;les produits traditionnels étaient les ustensiles de cuisine, la quincaillerie, les outils à main, les armes blanches, les cymbales et les bijoux.Depuis la révolution industrielle, les pièces forgées sont largement utilisées dans les mécanismes et les machines partout où un composant nécessite une résistance élevée ;ces pièces forgées nécessitent généralement un traitement supplémentaire (tel qu'un usinage) pour obtenir une pièce presque finie.La forge est aujourd’hui une industrie mondiale majeure

Pièces de moulage et de forgeage consommables

Le moulage en moule consommable est une classification générique qui comprend les moulages en sable, en plastique, en coquille, en plâtre et en investissement (technique de la cire perdue).Cette méthode de moulage en moule implique l’utilisation de moules temporaires et non réutilisables.

Différents procédés de fonderie et de forgeage

Moulage en sable
Le moulage au sable est l’un des types de moulage les plus populaires et les plus simples et est utilisé depuis des siècles.Le moulage au sable permet de produire des lots plus petits que le moulage en moule permanent et à un coût très raisonnable.Non seulement cette méthode permet aux fabricants de créer des produits à faible coût, mais le moulage au sable présente également d'autres avantages, tels que des opérations de très petite taille.Le processus permet de réaliser des moulages suffisamment petits pour tenir dans la paume de la main ou suffisamment grands uniquement pour les lits de train (un moulage peut créer le lit entier pour un wagon).Le moulage au sable permet également de couler la plupart des métaux selon le type de sable utilisé pour les moules.

Le moulage au sable nécessite un délai de plusieurs jours, voire quelques semaines, pour une production à des cadences de production élevées (1 à 20 pièces/heure-moule) et est inégalé pour la production de grandes pièces.Le sable vert (humide), de couleur noire, n'a presque aucune limite de poids partiel, tandis que le sable sec a une limite pratique de masse partielle de 2 300 à 2 700 kg (5 100 à 6 000 lb).Le poids minimum des pièces varie de 0,075 à 0,1 kg (0,17 à 0,22 lb).Le sable est lié à l'aide d'argiles, de liants chimiques ou d'huiles polymérisées (telles que l'huile moteur).Le sable peut être recyclé plusieurs fois dans la plupart des opérations et nécessite peu d'entretien.

Moulage en terreau
Le moulage en terre glaise a été utilisé pour produire de grands objets symétriques tels que des canons et des cloches d'église.Le limon est un mélange d'argile et de sable avec de la paille ou du fumier.Un modèle du produit est formé dans une matière friable (la chemise).Le moule est formé autour de cette chemise en la recouvrant de terreau.Celui-ci est ensuite cuit (cuit) et la chemise est retirée.Le moule est ensuite placé debout dans une fosse devant le four pour que le métal soit coulé.Le moule est ensuite démoli.Les moules ne peuvent donc être utilisés qu’une seule fois, de sorte que d’autres méthodes sont préférées dans la plupart des cas.

Coulée de moules en plâtre
Le moulage en plâtre est similaire au moulage en sable, sauf que le plâtre de Paris est utilisé à la place du sable comme matériau de moulage.Généralement, le formulaire prend moins d'une semaine à préparer, après quoi un taux de production de 1 à 10 unités/heure de moule est atteint, avec des articles aussi massifs que 45 kg (99 lb) et aussi petits que 30 g (1 oz) avec une très bonne finition de surface et des tolérances étroites.[5]Le moulage en plâtre est une alternative peu coûteuse aux autres procédés de moulage pour pièces complexes en raison du faible coût du plâtre et de sa capacité à produire des pièces moulées presque nettes.Le plus gros inconvénient est qu’il ne peut être utilisé qu’avec des matériaux non ferreux à bas point de fusion, tels que l’aluminium, le cuivre, le magnésium et le zinc.

Moulage en coquille
Le moulage en coquille est similaire au moulage en sable, mais la cavité de moulage est formée par une « coquille » durcie de sable au lieu d'un flacon rempli de sable.Le sable utilisé est plus fin que le sable de moulage au sable et est mélangé à une résine afin qu'il puisse être chauffé par le motif et durci en une coque autour du motif.Grâce à la résine et au sable plus fin, la finition de surface est beaucoup plus fine.Le processus est facilement automatisé et plus précis que le moulage au sable.Les métaux courants coulés comprennent la fonte, l’aluminium, le magnésium et les alliages de cuivre.Ce processus est idéal pour les articles complexes de petite à moyenne taille.

Moulage de précision
Le moulage à modèle perdu (connu sous le nom de moulage à la cire perdue dans l'art) est un procédé pratiqué depuis des milliers d'années, le procédé à la cire perdue étant l'une des plus anciennes techniques connues de formage des métaux.Depuis 5 000 ans, lorsque la cire d'abeille formait le modèle, jusqu'aux cires de haute technologie, matériaux réfractaires et alliages spécialisés d'aujourd'hui, les pièces moulées garantissent la production de composants de haute qualité avec les principaux avantages de précision, de répétabilité, de polyvalence et d'intégrité.
Le moulage à modèle perdu tire son nom du fait que le modèle est investi ou entouré d'un matériau réfractaire.Les modèles en cire nécessitent un soin extrême car ils ne sont pas assez solides pour résister aux forces rencontrées lors de la fabrication du moule.L’un des avantages du moulage à modèle perdu est que la cire peut être réutilisée.

Le procédé convient à la production reproductible de composants de forme nette à partir d'une variété de métaux différents et d'alliages hautes performances.Bien qu'il soit généralement utilisé pour de petites pièces moulées, ce procédé a été utilisé pour produire des cadres de portes d'avions complets, avec des pièces moulées en acier pesant jusqu'à 300 kg et des pièces moulées en aluminium jusqu'à 30 kg.Comparé à d’autres procédés de moulage tels que le moulage sous pression ou le moulage en sable, ce processus peut s’avérer coûteux.Cependant, les composants qui peuvent être produits à l'aide du moulage de précision peuvent incorporer des contours complexes et, dans la plupart des cas, les composants sont coulés presque en forme, ce qui nécessite peu ou pas de retouche une fois coulés.

Avantages et inconvénients des pièces forgées

Le forgeage peut produire une pièce plus résistante qu’une pièce moulée ou usinée équivalente.Au fur et à mesure que le métal est façonné lors du processus de forgeage, sa texture de grain interne se déforme pour épouser la forme générale de la pièce.En conséquence, la variation de texture est continue dans toute la pièce, donnant lieu à une pièce présentant des caractéristiques de résistance améliorées. De plus, les pièces forgées peuvent atteindre un coût total inférieur à celui du moulage ou de la fabrication.Compte tenu de tous les coûts encourus au cours du cycle de vie d'un produit, depuis l'approvisionnement jusqu'au délai de retouche, en passant par les coûts de rebut, les temps d'arrêt et d'autres considérations de qualité, les avantages à long terme des pièces forgées peuvent l'emporter sur les économies de coûts à court terme. que les moulages ou les fabrications pourraient offrir.

Certains métaux peuvent être forgés à froid, mais le fer et l’acier sont presque toujours forgés à chaud.Le forgeage à chaud évite l'écrouissage qui résulterait d'un formage à froid, ce qui augmenterait la difficulté d'effectuer des opérations d'usinage secondaire sur la pièce.De plus, bien que l'écrouissage puisse être souhaitable dans certaines circonstances, d'autres méthodes de durcissement de la pièce, telles que le traitement thermique, sont généralement plus économiques et plus contrôlables.Les alliages qui se prêtent au durcissement par précipitation, tels que la plupart des alliages d'aluminium et du titane, peuvent être forgés à chaud, suivis d'un durcissement.

Le forgeage de production implique des dépenses d’investissement importantes en machines, outillage, installations et personnel.Dans le cas du forgeage à chaud, un four à haute température (parfois appelé forge) est nécessaire pour chauffer les lingots ou les billettes.En raison de la taille des marteaux et des presses à forger massifs et des pièces qu'ils peuvent produire, ainsi que des dangers inhérents au travail du métal chaud, un bâtiment spécial est souvent nécessaire pour abriter l'opération.Dans le cas d'opérations de matriçage, des dispositions doivent être prises pour absorber les chocs et les vibrations générés par le marteau.La plupart des opérations de forgeage utilisent des matrices de formage des métaux, qui doivent être usinées avec précision et soigneusement traitées thermiquement pour façonner correctement la pièce, ainsi que pour résister aux énormes forces impliquées.