Technologie de coulée

Nous pouvons proposer des pièces fabriquées par coulée centrifuge, coulée en sable, moulage sous vide et forgeage, avec des usinages précis et de qualité pour des exigences strictes.

Coulée centrifuge

In centrifugal casting, a permanent mold is rotated continuously about its axis at high speeds (300 to 3000 rpm) as the molten metal is poured. The molten metal is centrifugally thrown towards the inside mold wall, where it solidifies after cooling. The casting is usually a fine-grained casting with a very fine-grained outer diameter, owing to chilling against the mould surface. Impurities and inclusions are thrown to the surface of the inside diameter, which can be machined away. Casting machines may be either horizontal or vertical-axis. Horizontal axis machines are preferred for long, thin cylinders, vertical machines for rings. Most castings are solidified from the outside first. This may be used to encourage directional solidification of the casting, and thus give useful metallurgical properties to it. Often the inner and outer layers are discarded and only the intermediary columnar zone is used. Centrifugal casting was the invention of Alfred Krupp, who used it to manufacture cast steel tyres for railway wheels in 1852.

Caractéristiques de la coulée centrifuge

Les pièces moulées peuvent être fabriquées dans presque toutes les longueurs, épaisseurs et diamètres.

Des épaisseurs de paroi différentes peuvent être produites à partir du même moule de taille.

Eliminates the need for cores.

Résistant à la corrosion atmosphérique, une situation typique avec les tuyaux.

Mechanical properties of centrifugal castings are excellent.

Only cylindrical shapes can be produced with this process.

Les limites de taille vont jusqu'à 3 m (10 pieds) de diamètre et 15 m (50 pieds) de longueur.

Wall thickness range from 2.5 mm to 125 mm (0.1 - 5.0 in).

Limite de tolérance : sur le diamètre extérieur peut être de 2,5 mm (0,1 po) sur le diamètre intérieur peut être de 3,8 mm (0,15 po).

La finition de surface varie de 2,5 mm à 12,5 mm (0,1 - 0,5 po) rms.

Avantages de la coulée centrifuge

Cylinders and shapes with rotational symmetry are most commonly cast by this technique. "Tall" castings (in the direction of the settling force acting, usually gravity) are always more difficult than short castings. In the centrifugal casting technique the radius of the rotation, along which the centrifugal force acts, replaces the vertical axis. The casting machine may be rotated to place this in any convenient orientation, relative to gravity's vertical. Horizontal and vertical axis machines are both used, simply to place the casting's longest dimension conveniently horizontal. Thin-walled cylinders are difficult to cast by other means, but centrifugal casting is particularly suited to them. To the rotation radius, these are effectively shallow flat castings and are thus simple. Centrifugal casting is also applied to the casting of disk and cylindrical shaped objects such as railway carriage wheels or machine fittings where the grain, flow, and balance are important to the durability and utility of the finished product. Providing that the shape is relatively constant in radius, noncircular shapes may also be cast.

Moulage au sable

Sand casting, also known as sand molded casting, is a metal casting process characterized by using sand as the mold material. The term sand casting can also refer to an object produced via the sand casting process. Sand castings are produced in specialized factories called foundries. Over 70% of all metal castings are produced via a sand casting process.

Le moulage en sable est relativement peu coûteux et suffisamment réfractaire même pour la fonderie d'acier. En plus du sable, un liant approprié (généralement de l'argile) est mélangé ou présent avec le sable. Le mélange est humidifié, généralement avec de l'eau, mais parfois avec d'autres substances, pour développer la résistance et la plasticité de l'argile et rendre l'agrégat adapté au moulage. Le sable est généralement contenu dans un système de cadres ou de boîtes à moules appelé châssis. Les cavités du moule et le système d'attaque sont créés en compactant le sable autour des modèles, ou motifs, ou en les sculptant directement dans le sable.

Modèles de moulage en sable

From the design, provided by an engineer or designer, a skilled pattern maker builds a pattern of the object to be produced, using wood, metal, or a plastic such as expanded polystyrene. Sand can be ground, swept or strickled into shape. The metal to be cast will contract during solidification, and this may be non-uniform due to uneven cooling. Therefore, the pattern must be slightly larger than the finished product, a difference known as contraction allowance. Pattern-makers are able to produce suitable patterns using Contraction rules (these are sometimes called shrink allowance rulers where the ruled markings are deliberately made to a larger spacing according to the percentage of extra length needed). Different scaled rules are used for different metals, because each metal and alloy contracts by an amount distinct from all others. Patterns also have core prints that create registers within the molds into which are placed sand cores. Such cores, sometimes reinforced by wires, are used to create under-cut profiles and cavities which cannot be molded with the cope and drag, such as the interior passages of valves or cooling passages in engine blocks.

Les chemins pour l'entrée du métal dans la cavité du moule constituent le système d'attaque et comprennent la coulée, divers nourrisseurs qui maintiennent une bonne 'alimentation' en métal, et les portées qui relient le système d'attaque à la cavité de coulée. Les gaz et vapeurs générés pendant la coulée s'échappent à travers le sable perméable ou via des masselottes, ajoutées soit dans le modèle lui-même, soit comme pièces séparées.

Boîte de moulage et matériaux de coulée en sable

A multi-part molding box (known as a casting flask, the top and bottom halves of which are known respectively as the cope and drag) is prepared to receive the pattern. Molding boxes are made in segments that may be latched to each other and to end closures. For a simple object—flat on one side—the lower portion of the box, closed at the bottom, will be filled with a molding sand. The sand is packed in through a vibratory process called ramming, and in this case, periodically screeded level. The surface of the sand may then be stabilized with a sizing compound. The pattern is placed on the sand and another molding box segment is added. Additional sand is rammed over and around the pattern. Finally a cover is placed on the box and it is turned and unlatched, so that the halves of the mold may be parted and the pattern with its sprue and vent patterns removed. Additional sizing may be added and any defects introduced by the removal of the pattern are corrected. The box is closed again. This forms a green mold which must be dried to receive the hot metal. If the mold is not sufficiently dried a steam explosion can occur that can throw molten metal about. In some cases, the sand may be oiled instead of moistened, which makes possible casting without waiting for the sand to dry. Sand may also be bonded by chemical binders, such as furane resins or amine-hardened resins.

Frissons de moulage en sable

Pour contrôler la structure de solidification du métal, il est possible de placer des plaques métalliques, des refroidisseurs, dans le moule. Le refroidissement local rapide associé formera une structure à grains plus fins et peut former un métal légèrement plus dur à ces endroits. Dans les pièces moulées ferreuses, l'effet est similaire à la trempe des métaux dans le travail de forge. Le diamètre intérieur d'un cylindre de moteur est durci par un noyau réfrigérant. Pour d'autres métaux, les refroidisseurs peuvent être utilisés pour favoriser la solidification directionnelle de la pièce moulée. En contrôlant la manière dont une pièce moulée se solidifie, il est possible de prévenir les vides internes ou la porosité à l'intérieur des pièces moulées.

Noyaux de moulage en sable

Pour produire des cavités dans la pièce moulée—comme pour le refroidissement liquide dans les blocs moteurs et les culasses—des formes négatives sont utilisées pour produire des noyaux. Généralement moulés en sable, les noyaux sont insérés dans le moule après le retrait du modèle. Dans la mesure du possible, les conceptions évitent l'utilisation de noyaux en raison du temps de préparation supplémentaire et donc du coût plus élevé.

With a completed mold at the appropriate moisture content, the box containing the sand mold is then positioned for filling with molten metal—typically iron, steel, bronze, brass, aluminium, magnesium alloys, or various pot metal alloys, which often include lead, tin, and zinc. After filling with liquid metal the box is set aside until the metal is sufficiently cool to be strong. The sand is then removed revealing a rough casting that, in the case of iron or steel, may still be glowing red. When casting with metals like iron or lead, which are significantly heavier than the casting sand, the casting flask is often covered with a heavy plate to prevent a problem known as floating the mold. Floating the mold occurs when the pressure of the metal pushes the sand above the mold cavity out of shape, causing the casting to fail.

Après la coulée, les noyaux sont brisés par des tiges ou des billes et retirés de la pièce coulée. Le métal des masselottes et des attaques est coupé de la pièce brute. Divers traitements thermiques peuvent être appliqués pour soulager les contraintes du refroidissement initial et augmenter la dureté - dans le cas de l'acier ou de la fonte, par trempe dans l'eau ou l'huile. La pièce coulée peut être encore renforcée par un traitement de compression superficielle - comme le grenaillage - qui augmente la résistance à la fissuration en traction et lisse la surface rugueuse.

Exigences de conception de la coulée en sable

The part to be made and its pattern must be designed to accommodate each stage of the process, as it must be possible to remove the pattern without disturbing the molding sand and to have proper locations to receive and position the cores. A slight taper, known as draft, must be used on surfaces perpendicular to the parting line, in order to be able to remove the pattern from the mold. This requirement also applies to cores, as they must be removed from the core box in which they are formed. The sprue and risers must be arranged to allow a proper flow of metal and gasses within the mold in order to avoid an incomplete casting. Should a piece of core or mold become dislodged it may be embedded in the final casting, forming a sand pit, which may render the casting unusable. Gas pockets can cause internal voids. These may be immediately visible or may only be revealed after extensive machining has been performed. For critical applications, or where the cost of wasted effort is a factor, non-destructive testing methods may be applied before further work is performed.

Moulage sous vide par coulée

Vacuum molding (V-process) is a variation of the sand casting process for most ferrous and non-ferrous metals, in which unbonded sand is held in the flask with a vacuum. The pattern is specially vented so that a vacuum can be pulled through it. A heat-softened thin sheet (0.003 to 0.008 in (0.076 to 0.203 mm)) of plastic film is draped over the pattern and a vacuum is drawn (200 to 400 mmHg (27 to 53 kPa)). A special vacuum forming flask is placed over the plastic pattern and is filled with a free-flowing sand. The sand is vibrated to compact the sand and a sprue and pouring cup are formed in the cope. Another sheet of plastic is placed over the top of the sand in the flask and a vacuum is drawn through the special flask; this hardens and strengthens the unbonded sand. The vacuum is then released on the pattern and the cope is removed. The drag is made in the same way (without the sprue and pouring cup). Any cores are set in place and the mold is closed. The molten metal is poured while the cope and drag are still under a vacuum, because the plastic vaporizes but the vacuum keeps the shape of the sand while the metal solidifies. When the metal has solidified, the vacuum is turned off and the sand runs out freely, releasing the casting.

The V-process is known for not requiring a draft because the plastic film has a certain degree of lubricity and it expands slightly when the vacuum is drawn in the flask. The process has high dimensional accuracy, with a tolerance of ±0.010 in for the first inch and ±0.002 in there after. Cross-sections as small as 0.090 in (2.3 mm) are possible. The surface finish is very good, usually between 150 to 125 rms. Other advantages include no moisture related defects, no cost for binders, excellent sand permeability, and no toxic fumes from burning the binders. Finally, the pattern does not wear out because the sand does not touch it. The main disadvantage is that the process is slower than traditional sand casting so it is only suitable for low to medium production volumes; approximately 10 to 15,000 pieces a year. However, this makes it perfect for prototype work, because the pattern can be easily modified as it is made from plastic.

Forgeage

Le forgeage est l'un des plus anciens procédés de travail des métaux. Traditionnellement, il était effectué par un forgeron utilisant un marteau et une enclume, bien que l'introduction de la force hydraulique dans la production et le travail du fer au XIIe siècle ait rendu le marteau et l'enclume obsolètes. La forge a évolué au fil des siècles pour devenir une installation avec des procédés ingénieux, des équipements de production, des outils, des matières premières et des produits pour répondre aux exigences de l'industrie moderne.

À l'époque moderne, le forgeage industriel est effectué soit avec des presses, soit avec des marteaux actionnés par air comprimé, électricité, hydraulique ou vapeur. Ces marteaux peuvent avoir des masses alternatives de plusieurs milliers de livres. Les marteaux-pilons plus petits, de 500 livres (230 kg) ou moins de masse alternative, et les presses hydrauliques sont également courants dans les ateliers d'art. Certains marteaux à vapeur restent en usage, mais ils sont devenus obsolètes avec la disponibilité d'autres sources d'énergie plus pratiques.

Avantages et inconvénients du forgeage

Le forgeage peut produire une pièce plus résistante qu'une pièce équivalente moulée ou usinée. Lorsque le métal est façonné pendant le processus de forgeage, son grain interne se déforme pour suivre la forme générale de la pièce. En conséquence, le grain est continu tout au long de la pièce, ce qui donne une pièce avec des caractéristiques de résistance améliorées.

Certains métaux peuvent être forgés à froid, mais le fer et l'acier sont presque toujours forgés à chaud. La forge à chaud évite l'écrouissage qui résulterait d'une forge à froid, ce qui augmenterait la difficulté des opérations d'usinage secondaires sur la pièce. De plus, bien que l'écrouissage puisse être souhaitable dans certaines circonstances, d'autres méthodes de durcissement de la pièce, comme le traitement thermique, sont généralement plus économiques et plus contrôlables. Les alliages susceptibles de durcissement structural, comme la plupart des alliages d'aluminium et le titane, peuvent être forgés à chaud, puis durcis.

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

Processus de forgeage

Il existe de nombreux types de procédés de forgeage disponibles, mais ils peuvent être regroupés en trois classes principales :

Allongé : la longueur augmente, la section transversale diminue

Bouleversé : la longueur diminue, la section transversale augmente

Comprimé dans des matrices de compression fermées : produit un écoulement multidirectionnel

Les procédés de forgeage courants comprennent : le forgeage par laminage, l'estampage, le cogging, le forgeage à chaud en matrice ouverte, le forgeage en matrice fermée, le forgeage par presse, le forgeage automatique à chaud et le refoulement.