Les différents procédés de moulage en sable

Moulage châssis en fosse - sable autodurcissant Alphaset - source Tamaris Industries.

Moulage châssis en fosse - sable autodurcissant Alphaset - source Tamaris Industries.

Il existe différents procédés de moulage en sable des pièces en acier (ou en fonte) : le moulage en sable à vert, le moulage à prise chimique à froid et le moulage à prise chimique à chaud. Ces différents procédés de moulage en sable ont chacun leurs avantages et limitations respectifs.

Moulage en sable silico-argileux à vert

Le moulage en sable silico-argileux est l’un des procédés les plus courants. Il reste le plus économique du fait de la simplicité de la régénération du sable. De nos jours, l’agglomérant utilisé pour la confection du moule est une argile, de type bentonite le plus souvent. Cette argile, ajoutée avec de l’eau au sable siliceux, confère au moule une plasticité suffisante pour conserver l’empreinte de la pièce après l’extraction du modèle (opération de démoulage). La teneur en argile d’un sable silico-argileux pour pièces mécaniques en acier est assez variable et est fonction de leur massivité. On peut toutefois retenir à titre indicatif des taux de l’ordre de 5 à 10 % d’argile active. Les sables de fonderie sont caractérisés par un indice de finesse AFS (American Foundry Society). Ceux utilisés en fonderie d’acier ont un indice compris entre 40 et 80 AFS environ.

Un peu d’histoire

L’expression « à vert » vient du fait qu’il y a plusieurs décennies, les moules réalisés avec ce type de sable étaient souvent étuvés pour augmenter leurs caractéristiques de résistance et de rigidité. On distinguait donc les sables non étuvés (« à vert ») des sables étuvés. Aujourd’hui, l’évolution des produits de moulage et de leurs techniques de serrage a fortement contribué à la quasi disparition des sables étuvés, en tout cas pour les pièces mécaniques.

Les limites du moulage en sable à vert

Toutefois, le procédé de moulage en sable silico-argileux à vert ne peut pas s’appliquer aux pièces massives et de grandes dimensions. En effet, quelles que soient les pressions de serrage, la résistance de ce matériau à la pression ferrostatique et aux efforts dynamiques de l’acier lors de la coulée est limitée.

Les techniques de mise en œuvre du moulage en sable à vert

Chantier de moulage à vert en châssis à serrage haute pression par tir - Source Colombier-Fontaine.
Chantier de moulage à vert en châssis à serrage haute pression par tir – Source Colombier-Fontaine.

Il existe deux techniques de moulage en sable silico-argileux à vert : le moulage serré manuellementnt, appelé « moulage main » et le moulage serré mécaniquement, appelé « moulage machine » ou « moulage mécanisé ». Ce procédé de moulage main, parmi les plus anciens, est destiné à la fabrication de pièces dites « unitaires » ou de quelques pièces répétitives, jusqu’à 2 tonnes environ. Le serrage du sable pour la confection des différentes parties du moule s’effectue manuellement à l’aide des outils habituels du mouleur main (fouloir, pilette, batte, fouloir pneumatique…). Pour les pièces de série, quelle que soitt leur importance, on recourt à l’emploi de machines à mouler de conceptions très diverses, qui sont intégrées dans des installations (ou chantiers) semi-automatiques ou le plus souvent automatiques.

Les machines à mouler

On distingue, selon la pression de serrage, les machines à mouler basse pression et celles à moyenne et haute pression. Les machines à mouler basse pression sont basées sur des principes combinés de serrage par secousses-pression ou vibrations-pression. Elles permettent l’utilisation de modèles en bois fixés sur une plaque-modèle. De par la nature de l’outillage, cette méthode est économique et donc bien adaptée aux petites et moyennes séries. Les machines à mouler à moyenne et haute pressions, avec lesquelles le serrage intense du sable, obtenu par pression hydraulique, soufflage, détente d’air comprimé ou impact par explosion, augmente la rigidité du moule. On obtient alors une amélioration de la précision dimensionnelle et géométrique des pièces ainsi moulées et de leur compacité. Cette technologie est en principe réservée à la production de pièces en moyennes et grandes séries. Elle nécessite d’employer des modèles beaucoup plus résistants (en bois stratifiés ou bakélisés, en résines époxydes ou polyuréthanes, en métal…).

Moulage et noyautage à prise chimique à froid

Les procédés de moulage en sable - Malaxeur continu mobile à vis sans fin - procédé Alphaset - source Tamaris Industries.
Les procédés de moulage en sable – Malaxeur continu mobile à vis sans fin – procédé Alphaset – source Tamaris Industries.

Dans ces procédés de moulage et de noyautage par prise chimique à froid, plus récents que le moulage en sable à vert, le moule –le plus souvent en sable siliceux – est aggloméré par des liants organiques ou minéraux qui durcissent à la température ambiante, en présence d’agents de prise (catalyseur, durcisseur liquide, accélérateur de prise…) préalablement additionnés au sable. La confection de leurs mélanges s’effectue, selon les quantités de sable nécessaires, dans des malaxeurs continus ou discontinus. Le sable ainsi préparé n’a aucune cohésion au moment de sa mise en œuvre.

Dans certains cas particuliers (aciers au manganèse par exemple) et le plus souvent en application locale seulement (sable au contact du modèle ou des boîtes à noyaux), le sable siliceux est remplacé par un sable présentant des caractéristiques physiques mieux appropriées (réfractarité, conductivité thermique…). Parmi les sables de contact les plus employés, on trouve les sables de chromite, de zircon, de chamotte, à l’olivine. De nombreux procédés autodurcissants existent : les résines phénoliques, les résines polyuréthannes (Pep Set, Pentex, …), les phénolates alcalin-ester (Alphaset, …), les résines furaniques, les résines alkydes ou le silicate de soude-ester.

Les différents procédés de moulage autodurcissants rencontrés en fonderie de pièces en acier.
Les différents procédés de moulage autodurcissants rencontrés en fonderie de pièces en acier.

Les moules et modèles utilisés

La rigidité des moules obtenue après prise a un effet bénéfique non seulement sur la précision dimensionnelle et géométrique et sur la compacité des pièces coulées, mais encore sur leur aspect de surface. La possibilité de régler le temps de prise du sable, fonction de sa durée de vie, de quelques minutes à quelques heures suivant les procédés, offre un très grand intérêt pour la fabrication de moules et de noyaux destinés au moulage de pièces de quelques kilogrammes à plusieurs dizaines, voire centaines de tonnes. Ceci explique que ces procédés sont très répandus dans toutes les fonderies d’acier produisant des pièces diverses. Ils sont le plus souvent mis en œuvre manuellement ou à partir d’installations semi-mécanisées (malaxeur asservi à un carrousel par exemple) pour les pièces moins massives.

Les modèles utilisés dans ces procédés sont soit permanents, soit perdus. La construction d’un outillage classique (modèle ou boîtes à noyaux en bois ou en résine − modèle permanent) pour la fabrication de pièces à l’unité ou de quelques pièces répétitives, peut s’avérer coûteuse dans certains cas. On utilise alors des modèles usinés dans des blocs ou des panneaux de polystyrène expansé, assemblés et collés (modèle non permanent ou perdu). C’est une solution économique qui a l’avantage de s’affranchir de la réalisation des noyaux et de leurs boîtes respectives. En contrepartie, la précision dimensionnelle et l’état de surface sont conditionnés à l’outillage.

Les techniques de moulage en polystyrène expansé

Trois techniques de moulage sont possibles avec ce genre d’outillage en polystyrène expansé. Tout d’abord, le modèle est conservé dans le moule au moment de la coulée et le métal prend progressivement sa place en sublimant le polystyrène au fur et à mesure. Dans certains cas, le modèle est détruit avant coulée. Enfin, dans une troisième technique, le modèle est démoulé pour une réutilisation ultérieure, lorsque sa forme le permet (il est alors conçu en polystyrène expansé, mais de densité plus élevée, ce qui facilite l’opération de démoulage ainsi que les diverses manutentions). En fonderie d’acier, ce sont ces deux dernières techniques qui, pour des raisons métallurgiques (recarburation superficielle des pièces dans le premier cas), sont le plus souvent utilisées.

Les résines phénoliques

Les résines phénoliques sont des résines autodurcissantes du type résol. Elles reçoivent toujours un silane et peuvent être modifiées par de l’urée ou de l’alcool furfurylique. Leur prise est assurée par l’emploi de catalyseurs acides tels que les acides paratoluène-sulfonique, xylène ou benzène sulfonique, parfois « dopés » par l’acide sulfurique ou des acides phénol-sulfoniques. Les propriétés des résines phénoliques donnent au procédé ses caractéristiques spécifiques. Il a tout d’abord l’inconvénient d’être sensible aux variations de température. La température a en effet une incidence aussi importante dans le mécanisme de prise que le catalyseur lui-même. Ensuite, les sables préparés avec ces résines présentent dans l’ensemble des caractéristiques mécaniques, notamment en flexion, plus faibles que celles obtenues par exemple avec des résines furanniques. Comparativement aux résines furanniques, le décochage des moules et le débourrage des noyaux sont en général plus difficiles. De nos jours, en raison de leur moindre coût, ces résines sont surtout utilisées en petites et moyennes séries pour le moulage des pièces moyennes ou grosses.

Les résines polyuréthannes (Pep Set, Pentex)

Le procédé met en œuvre, en plus d’un sable réfractaire, trois composants : une résine phénolique liquide (de faible viscosité), un durcisseur polyisocyanate à base de MDI (diphénylméthanediisocyanate) et enfin un dérivé de la pyridine sous forme liquide, qui agit en tant que catalyseur. La réaction chimique entre la résine phénolique et l’isocyanate crée une liaison uréthanne sans formation de sous-produits. Lors de la préparation du mélange, il est possible de jouer sur le rapport résine phénolique/isocyanate (60/40) de manière à diminuer la teneur finale en azote du sable prêt à l’emploi. Ce procédé permet, selon la formulation, d’obtenir une large gamme de temps de prise (de 30 s à 3 h). Il est employé pour la réalisation de pièces de taille moyenne à petite. Il convient tant aux petites qu’aux grandes séries. C’est encore aujourd’hui un des procédés à prise chimique qui permet d’assurer les cadences de production les plus élevées. Il convient à toutes les nuances d’acier. Ce procédé est connu commercialement sous différentes dénominations : Pep Set, Pentex, Sigmaset, Novathane…

Les résines phénolate alcalin-ester (Alphaset)

Les différents procédés de moulage - Moulage par le procédé Alphaset - acier G20Mn6 - source Tamaris Industries.
Les différents procédés de moulage – Moulage par le procédé Alphaset – acier G20Mn6 – source Tamaris Industries.

Avec le procédé phéonolate alcalin-ester, le système liant est ici composé d’une résine phénolique alcaline et d’un ester organique. L’hydrolyse de l’ester génère un acide qui permet la réticulation de la résine. Les sous-produits formés sont alors un sel d’acide et un alcool. Avec ce procédé, la réticulation n’est pas complète et elle se poursuit dans le temps. Il présente de très bonnes propriétés de démoulage et de déboîtage car le sable ainsi préparé offre une certaine plasticité. Son temps de prise est très variable. Il peut évoluer de quelques minutes à une heure ou davantage, en fonction des produits utilisés et de leur taux d’incorporation dans le sable. Les caractéristiques du sable aussitôt après prise sont relativement faibles, surtout en valeur de résistance à la flexion pour les noyaux. En contrepartie, ce procédé présente une très bonne aptitude au débourrage et au décochage des moules. De par l’absence de solvant volatil, de soufre et d’azote, et le fait qu’il permet de réaliser des pièces exemptes de criques et de gerces, ce procédé est utilisé pour la fabrication de pièces en acier, notamment à bas carbone, en petites et moyennes séries. Ce procédé est connu commercialement sous le nom d’Alphaset ou de Novaset.

Les résines furanniques

Les résines furanniques se présentent sous différentes formulations, mais toutes sont à base d’un polycondensat d’alcool furfurylique, et la plupart contiennent du phénol, du formol et de l’urée. Leur prise repose sur la spécificité qu’ont ces résines de durcir assez rapidement à la température ambiante, en présence d’un catalyseur acide (minéral ou organique). Les résines furanniques ont pour avantages une assez grande souplesse d’emploi et une vaste gamme de compositions, donc de propriétés. Elles permettent de réaliser, en petites et moyennes séries, des moules et des noyaux adaptés à chaque type de fabrication. On note toutefois une certaine restriction lorsqu’elles contiennent de l’urée. Ce composant améliore les propriétés de décochage et de débourrage du sable et atténue la sensibilité aux criques des pièces. Mais, comme en contrepartie il se décompose à la coulée en libérant de l’azote, l’utilisation de ce procédé de moulage et de noyautage reste limitée en fonderie d’acier. En effet, l’apport d’azote peut être la source de défauts gazeux pour un grand nombre de nuances d’acier (où la solubilité de l’azote à l’état solide est faible), – de modifications de structure (et donc de propriétés) pour certains aciers fortement alliés où l’azote est hautement soluble. Dans ce cas, on aura recours à l’emploi de résines furanniques « sans azote ».

Les résines alkydes

Moulage procédé autodurcissant aux résines alkydes.
Moulage procédé autodurcissant aux résines alkydes.

Les résines utilisées dans ce procédé forment un système à trois composants : une résine alkyde (polyester d’acides gras), un polyisocyanate (MDI, avec ses oligomères en solution dans des solvants organiques) et enfin un catalyseur (phénylpropylpyridine en solution dans des solvants aromatiques). Ce procédé est très sensible aux variations de température, notamment à celle du sable. Le temps de prise, selon les réglages, peut osciller de quelques dizaines de minutes à 10-12 heures. La résistance pyroscopique du sable, par rapport aux autres procédés autodurcissants, est relativement faible. Elle peut être améliorée par adjonction d’oxyde de fer (2 à 3 %). Ce procédé, caractérisé par une prise en deux étapes, offre des propriétés de démoulage bien supérieures (phase de plasticité) à celles rencontrées avec les autres systèmes liants. De plus, la prise s’effectue en milieu alcalin, ce qui signifie que l’on peut utiliser des sables moins purs du point de vue alcalinité, tels que le sable de mer, voire le sable d’olivine. Les résines sont surtout utilisées en fonderie d’acier pour la fabrication, en petites séries ou unitaires, de moules et de noyaux complexes et/ou de grande taille. Ce procédé offre de bonnes propriétés de débourrage et de peaux de pièces. Il est peu sensible aux défauts de crique et de gerce. En contrepartie, il présente un coût matières plus élevé par exemple que celui des résines furanniques. Il est difficilement recyclable et pose des problèmes de mise en décharge du fait que son système liant contient des métaux lourds.

Le silicate de soude-ester

La prise du sable silicate-ester s’effectue en deux étapes. L’hydrolyse de l’ester (les esters habituellement utilisés sont des acétates de polyols) provoque tout d’abord la chute du pH du mélange. Puis la chute du pH du mélange entraîne une gélification du silicate. Avec le silicate de soude-ester, la prise du sable est donc progressive. Les temps de prise varient selon les formules de 30 minutes à 3 heures et demeurent comparables à ceux des autres procédés autodurcissants. En revanche, les caractéristiques mécaniques obtenues sont plus faibles, en particulier en flexion. Comme pour la plupart des liants minéraux, l’aptitude au décochage des moules et au débourrage des noyaux n’est pas très bonne. Cette propriété peut cependant être améliorée par ajout de produits d’addition : sucre, brai, mélasse, oxyde de fer… La sensibilité aux impuretés du sable, aux alcalins en particulier, est faible puisque la prise s’opère en milieu basique. Ce procédé est donc compatible avec tous les sables : siliceux, de chromite, de zircon et même d’olivine. Ce procédé est surtout employé en fonderie d’acier pour le moulage et le noyautage de pièces moyennes ou massives, fabriquées en petites et moyennes séries, y compris pour des pièces en nuances inoxydables et au manganèse.

Le sable au ciment

Moulage en fosse en sable au ciment - Source Creusot Métal.
Moulage en fosse en sable au ciment – Source Creusot Métal.

Avec le sable au ciment, le mécanisme de prise repose sur deux phénomènes : une hydratation des constituants anhydres instables (chaux, sulfates, alcali) d’un ciment portland artificiel (CPA 325 ou CPA 400) et une cristallisation. Les principaux avantages de ce procédé sont un liant peu coûteux, une mise en œuvre facile, l’obtention d’un moule rigide et d’une bonne précision dimensionnelle pour les pièces. On peut faire appel à tous les sables habituellement employés en fonderie ainsi qu’à des accélérateurs de prise, car la lenteur de prise du sable constitue le principal inconvénient de ce procédé. En effet, la prise nécessite quelques jours et le durcissement peut se prolonger dans le temps sur plusieurs mois.

Remmoulage au pont roulant d'un noyau en sable au ciment - Source Creusot Métal.
Remmoulage au pont roulant d’un noyau en sable au ciment – Source Creusot Métal.

En pratique, les moules présentent des caractéristiques suffisantes au bout de 3 à 4 jours : il faut alors parfaire la prise et éliminer l’eau résiduelle par un étuvage, ou un séchage avec circulation d’air chaud au travers de l’empreinte, pour les moules plus massifs. Les autres inconvénients sont liés aux difficultés de décochage et de débourrage rencontrées.

Ce procédé trouve son application en fonderie d’acier pour la réalisation de grosses pièces, en très petites séries ou en séries unitaires, moulées par exemple au trousseau et/ou en fosse.

Les procédés à prise par gazage

Avec ces procédés (polyurethanne par gazage, Isoset, Betaset, …), le durcissement du sable, qui contient un liant alcalin (silicate de soude par exemple), ou le plus souvent un liant organique (résine), est obtenu presque instantanément par injection dans le mélange, d’un catalyseur et/ou d’un accélérateur sous forme gazeuse. Les procédés à prise par gazage permettent une rotation très rapide des outillages et de ce fait sont davantage destinés à la production de moules et de noyaux, en moyennes et grandes séries, mais dont l’importance volumique reste limitée. De par les cadences élevées qu’ils autorisent, ils sont davantage destinés à des productions sur machines (en noyautage par exemple, sur des machines à souffler ou à tirer les noyaux). Toutefois, ils peuvent être employés en moulage, et pour certains en noyautage main.

Le procédé « boîte froide » (polyuréthanne par gazage)

Ce procédé à prise par gazage, appelé « procédé Ashland » à l’origine, est très proche du procédé autodurcissant polyuréthanne. Le mélange préparé se compose de sable (silice, chromite, zircon ou olivine), d’une résine liquide phénolique et d’un polyisocyanate liquide. Une fois mis en place dans l’outillage, il est catalysé par une amine tertiaire sous forme vapeur qui conduit, après réaction, à la formation d’un polyuréthanne. Le polyuréthanne par gazage permet l’obtention de pièces moulées présentant un excellent état de surface et une bonne précision dimensionnelle. L’aptitude au débourrage des noyaux est très bonne. En fonderie d’acier, on ajoute souvent au sable de l’oxyde de fer pour réduire les risques de défauts de type gerces et piqûres. Son domaine d’emploi concerne les moules et les noyaux en toutes séries et pour des pièces pouvant atteindre plus de 100 kg. C’est le procédé le plus utilisé en noyautage dans l’industrie. On connaît également ce procédé sous différents dénominations comme Isocure, Gashartz ou encore Sigmacure.

Le procédé Isoset

Ce procédé est aussi connu sous les qualificatifs « à résine insaturée » ou « à radicaux libres » (FRC pour Free Radical Curing). Il s’agit de résines contenant des double-liaisons : résines polyester-acrylique, polyester-uréthanne. Elles sont utilisées avec un initiateur, un péroxyde organique, et un activateur (catalyseur), l’anhydride sulfureux SO2, généralement véhiculé par un gaz neutre, CO2 ou N2. La prise s’effectue en quelques secondes. Le procédé Isoset admet des sables légèrement alcalins, voire l’olivine. Le sable préparé présente une bonne aptitude au serrage et au débourrage, ainsi que de bonnes propriétés mécaniques après durcissement. Il ne contient pas d’azote, donc n’entraîne aucun problème de piqûres sur les pièces. De plus, il est peu ou pas sensible à la crique.

Le procédé phénolate alcalin-ester (Betaset)

Ce procédé phénolate alcalin-ester est la transposition, à la prise rapide par gazage, du procédé autodurcissant Alphaset décrit précédemment. La résine est de même nature, phénolique modifiée, mais plus réactive. Au lieu d’être utilisée sous forme liquide, l’ester est ici mis en œuvre sous forme gazeuse. Son domaine d’emploi est la réalisation de moules et noyaux, en toutes séries, pour pièces en acier de toutes nuances. Les avantages et les inconvénients de ce procédé sont sensiblement les mêmes que ceux de la version autodurcissante. Il offre l’avantage d’abaisser les risques d’apparition de gerces et de criques sur les pièces moulées. Il n’est pas sensible à la reprise d’humidité. Il offre une bonne aptitude au déboîtage des noyaux et au débourrage des pièces. Parmi les inconvénients, on peut citer les problèmes de déformation de noyaux, l’encrassement des boîtes et l’attaque de certains revêtements sur les outillages, tels que les vinyles et dérivés (vernis). Il est plus communément connu sous le nom de « Bétaset ».

Le procédé silicate-CO2

Dans ce procédé silicate-CO2, c’est le silicate de soude de module (SiO2/Na2O) égal à 2,4 et contenant 44 % de matières sèches qui est le plus généralement employé car il constitue le meilleur compromis avantages/inconvénients. Le durcissement (par « gélification » du silicate) se produit sous l’insufflation de gaz carbonique. La faible acidité de ce dernier provoque la neutralisation de la soude du silicate et la formation d’un acide polysilicique stable. Certains adjuvants (farine de bois, sucre, mélasse…) peuvent être introduits au mélange pour améliorer ses propriétés de débourrage. Avec ce procédé silicate-CO2, certaines précautions doivent être prises lors de l’utilisation d’outillages en bois ou en aluminium : ils doivent présenter des surfaces lisses, propres et convenablement protégées (vernis, peinture…). Il s’adresse à des fabrications de moules et de noyaux d’encombrement limité (pour des raisons de facilité de gazage), pour des petites, moyennes et grandes séries. Il convient à toutes les métallurgies. L’un de ses avantages est son faible coût de revient (matières, préparation, mise en décharge). Ses principaux inconvénients sont sa mauvaise aptitude au débourrage, et des problèmes liés à la reprise d’humidité et à l’effritement. Parmi les procédés à prise par gazage existant aujourd’hui dans l’industrie, il est sans aucun doute le plus ancien.

La liste des procédés à prise par gazage que nous venons de décrire n’est pas exhaustive. On aurait pu aussi citer des procédés beaucoup plus récents ou moins répandus en fonderie, tels que les procédés phénolate alcalins-CO2 (Ecolotec, Novanol…), Hardox.

Procédés de moulage et de noyautage thermodurcissables

La prise avec ces procédés qui mettent en œuvre des résines thermodurcissables a lieu : soit par étuvage, soit au contact d’un outillage chauffé (cas le plus fréquent). Ces procédés (Croning, boîtes chaudes et tièdes…) sont aussi dits « de précision » car ils permettent d’obtenir sur pièce un très bel état de surface et une très bonne précision dimensionnelle. Cependant, ils nécessitent de recourir à des outillages métalliques coûteux, usinés à partir d’ébauches. Ils sont par conséquent réservés aux productions en grandes séries.

Le procédé croning ou sable carapace

Installation de noyautage Croning.
Installation de noyautage Croning.

Le procédé Croning ou carapace-sable (« shell moulding » en anglais) est un procédé à prise thermique. Le principe de ce procédé de moulage et noyautage est le suivant. On met en place tout d’abord, par simple gravité ou par soufflage, un sable pré-enrobé d’une résine phénolique solide thermoplastique (novolaque), additionnée d’un agent de réticulation. Ensuite, au contact d’un outillage métallique chauffé entre 200 à 300°C, le mélange durcit par polymérisation et permet la formation d’une carapace (on parle aussi de « masque ») ou d’un noyau creux, parfois plein.

Noyaux Croning d'une chambre de pré-combustion.
Noyaux Croning d’une chambre de pré-combustion.

Enfin, le sable excédentaire, qui n’a pas été sollicité thermiquement, est récupéré pour réemploi, le plus souvent par retournement de l’outillage. Le temps de « cuisson » − de quelques secondes à 2 minutes − est fonction de l’épaisseur de paroi nécessaire. En plus du bel aspect et de la très bonne précision dimensionnelle obtenus sur les pièces, ce procédé offre l’avantage d’une excellente aptitude au stockage, au débourrage et au décochage des moules et des noyaux. Il est plutôt réservé à la fabrication en grandes séries de pièces de petites à moyennes dimensions, liées à la limite d’encombrement des installations. Citons pour mémoire, parmi les variantes de ce procédé, le « Vacustract », qui consiste à placer les carapaces dans un container et à leur appliquer une légère dépression au moment de la coulée.

Le procédé « boite chaude »

Le procédé « boîte chaude » ne s’applique qu’à la fabrication de noyaux. Ces derniers sont tirés ou soufflés sur des machines à noyauter, dans un outillage métallique chauffé à une température inférieure à celle du procédé Croning. La prise thermique du sable s’effectue au contact de la boîte, dont la température se situe entre 220 et 280°C. Il existe de nombreuses combinaisons de résines de base, constituant le liant. Mais seules les résines phénoliques (aciers à bas carbone) et les résines phénol-formol-alcool furfurylique , qui ne contiennent pas d’azote, conviennent aux aciers.La nature du catalyseur utilisé (à base d’acide borique, sulfonique ou sulfurique…) dépend du système liant retenu. Certains adjuvants, comme l’oxyde de fer (amagnétique rouge « hématite » Fe2O3 ou magnétique noir « magnétite » Fe3O4) peuvent être incorporés au sable pour en améliorer les propriétés, et notamment éviter l’apparition de piqûres et de défauts d’abreuvage sur les pièces. La nécessité d’utiliser dans ce procédé un outillage métallique implique la fabrication de pièces de série. En conséquence, les noyaux sont le plus souvent remmoulés dans des moules en sable silico-argileux à vert, serrés sur des machines à mouler, et destinés à la production de pièces dont le poids varie de quelques kilogrammes à plus de 100 kg. Globalement c’est un procédé fiable, de mise en oeuvre facile, donnant des pièces de haut niveau de qualité. Il connaît cependant des limites : d’ordre économique (évolution du coût des matières premières et de l’énergie) et d’ordre environnemental et d’hygiène et sécurité (conditions de travail aux postes de noyautage). Il est destiné à des noyaux de petites et moyennes dimensions.

2 commentaires

  1. Félicitations pour ce super-résumé…en particulier pour l’exposé de la chimie qui gouverne ce domaine. Ma question:
    Quels sont les procédés les plus utilisés en fonderie aluminium et fonderie magnésium et les raisons, si elles existent! (maximum de 2 procédés par métal, en commençant par le plus répandu, s’il y en a au moins deux!)

    • Le métallonaute Le métallonaute dit :

      Bonjour Franco et merci de votre avis sur notre article sur le moulage en sable. Les procédés les plus utilisés pour la transformation en fonderie des alliages d’aluminium sont les procédés en moule métallique (moulage coquille et la fonderie sous pression) pour le marché automobile principalement. Concernant le moulage en sable des aluminium (votre question), les principaux procédés utilisés sont le moulage en sable polyuréthane et furanique mais le sable à vert reste largement utilisé. Pour le magnésium, la majorité des pièces sont réalisées en coulées sous pression (automobile), ensuite en sable principalement polyuréthane avec inhibiteur (aéronautique et spatial). Il existe une petite production en cire perdue.

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