Cours MP-1a : MOULAGE

Transcription

1 Cours MP-1a : MOULAGE Ce chapitre vise à l'acquisition des savoir-faire : M O U L A G E Mettre en place des simulations d obtention de pièces brutes par fonderie et injection plastique (S4222) Choisir un matériau ou une famille de matériau avec des objectifs multicritères, Prévoir l ordre de grandeur et l évolution de la mesure ou de la simulation Critiquer les résultats issus d une mesure ou d une simulation 1. DEFINITION, INTERET. Le moulage consiste à porter un matériau à sa température de liquéfaction, puis à le couler dans une empreinte ayant la forme désirée. Enfin, après refroidissement et solidification, on procède à la séparation du solide obtenu de son contenant. Le principe est relativement simple, mais l'obtention d'un résultat correct nécessite de surmonter de nombreuses difficultés, et donc de respecter de nombreuses règles. En respectant ces règles on saura reconnaître la faisabilité d'une pièce, ou même concevoir ses formes de sorte qu'elle soient compatibles avec le procédé.

2 2. PHENOMENES GENERAUX Contexte. On désire mouler un palier-flasque comme celui à droite de l'image Matériaux, plan de joint, arrondis (congés). On construit un moule ayant la forme en creux de la pièce à obtenir.

3 2.3.. Dépouilles, alimentation et évents Epaisseurs. Le refroidissement à l'état solide génère un rétreint δl = α.l 0.δT. Ordre de grandeur de coefficients de dilatation α : acier K -1 ; nylon K -1.

4 3. MOULAGE EN MOULE METALLIQUE. Les moules métalliques sont en général en acier (alliage de fer et de moins de 1,6% de carbone) de température de fusion de l'ordre de 1500 C et permettent donc de mouler des alliages légers (alliages d'aluminium se liquéfiant à 660 C) ou des matières plastiques thermoformables à moins de 300 C. Quelques températures de fusion : plomb : 330 C ; cuivre:1100 C ; zinc:420 C Moulage par gravité en coquille. Les deux parties du moule métallique étant assemblées, on verse dans un trou de coulée, le matériau en fusion. Ce matériau doit être nécessairement très fluide.

5 3.2.. Moulage par injection. Cas des matières plastiques thermoformables.

6

7

8 Moule fermé. Moule ouvert. Des éjecteurs poussent la pièce.

9 comparaison des durées des phases du cycle.

10 4.. MOULAGE EN SABLE. Pour mouler un alliage de fer ( par exemple de la fonte, constituée de fer et de 2 à 6,67% de carbone), il est nécessaire de créer une empreinte dans un mélange de sable et d'argile. Le sable résiste à la température de fusion du matériau moulé, l'argile lie les grains de sable pour donner la résistance suffisante au moule, mais doit laisser le moule suffisamment poreux pour laisser les gaz générés par la chaleur passer à travers les parois du moule. Exemple d'une tubulure :.

11 4.1. Modèle Modèle. L empreinte creuse sera faite en entourant de sable, une forme en bois appelée modèle. Ce modèle comporte des excroissances destinées à supporter une forme assurant la partie creuse du tube. Le modèle est fabriqué en deux parties, pour pouvoir poser chaque partie sur le plan de travail, et permettre une séparation facile des chassis (voir opérations suivantes)..

12 4.2. Préparation. Le moulage se fait dans deux chassis pouvant être assemblés précisément à l aide de goupilles. Un châssis est posé sur un plan de travail. Un demi modèle est placé à l intérieur du châssis..

13 4.3. Remplissage et foulage Remplissage et foulage. Le chassis est rempli de sable. Le sable est foulé (à l aide d un fouloir). Il ne doit être ni trop comprimé (risque d explosion), ni trop peu (risque d inclusion) Retournement, plan de joint Retournement, plan de joint. Au u dessous du châssis se trouve le plan de joint où affleure le demi-modèle. Le plan de joint est préparé pour que le sable du demi moule adjacent n y adhère pas.

14 Assemblage. Le deuxième demi modèle est assemblé au premier Chenaux. Afin d assurer un remplissage homogène et total de l empreinte, on crée des chenaux de coulée, destinés à amener le métal en fusion dans l empreinte Assemblage des châssis. Les châssis sont mis en place précisément à l'aide d'axes de positionnement.

15 4.8.. Trou de coulée. Un tube est mis en place pour mouler un trou de coulée destiné à recevoir le métal en fusion et l'amener à l'entrée des chenaux Séparation. Les châssis sont séparés. Le plan de séparation est le plan de joint.

16 Etanchéité. Le plan de joint est préparé (rigidifié), afin que le métal en fusion ne s'y glisse pas Démoulage. Les demi modèles sont démoulés délicatement à l'aide de tige filetées vissées dans le bois Events. Des trous sont percés en partie supérieure pour permettre à l'air de s'échapper au moment de la coulée.

17 Noyau. Afin d'obtenir une forme creuse, il est nécessaire de placer une forme en sable cylindrique de révolution au milieu de l'empreinte. Ce noyau est moulé dans une forme obtenue à l'intérieur d'une «boite» en deux parties. Le noyau est placé dans l'empreinte au contact des excroissances destinées à le recevoir Assemblage. Les demi moules sont assemblés précisément autour du noyau à l'aide des axes de positionnement.

18 Creuset. Le métal est en fusion dans un creuset Coulée. Le métal est coulé dans le moule Décochage. Après solidification le moule est détruit.

19 Ebarbage. Les excroissances sont meulées pour être séparées de la pièce Produit fini. Il reste à usiner (ici par enlèvement de copeaux) les surfaces manquantes, (fonctionnelles) pour terminer la pièce.

20 5.. Coulée continue des métaux, extrusion des plastiques, Les aciers sont la plupart du temps sous forme brut (mis à part le moulage): en tôles (rouleau ou plaque) ou en barres. Pour obtenir ces formes, on utilise le procédé de moulage en coulée continue à partir de l'acier en fusion des hauts fourneaux. Les profils obtenus sont ensuite : laminés (écrasés entre 2 rouleaux) à l'épaisseur désirée, découpés à la largeur et la longueur souhaitée. De la même façon, les polymères peuvent être obtenus sous différentes formes de profilés par le procédé d'extrusion.. 1) Trémie à granules 2) Four 3) Vis sans fin (malaxage) 4) Filière qui donne la forme 5) Refroidissement 6) Evacuation vers découpe.

21 6.. Impression 3D L'usage des imprimantes 3D est en pleine expansion car ce procédé ne nécessite pas de moule ni de modèle réel. La pièce s'obtient à partir de son modèle numérique tridimensionnel par durcissement de multiples couches de matériaux (dépôt progressif ou durcissement par laser, ). Ce procédé est adapté à la fabrication unitaire (fabrication de modèle par exemple) car le procédé est long et les produits d'une résistance mécanique moindre (la stratification est source de fragilité mais des progrès considérables sont faits en la matière). Les L matières premières utilisables se diversifient (béton, poudres métalliques, polymères de différentes couleurs, ) Matériaux procédés Les matériaux adaptés au moulage doivent avoir un viscosité suffisamment faible à l'état liquide, pour pouvoir épouser précisément les formes de l'empreinte. Pour les métaux : acier, fonte (moulés en sable), alliage d'aluminium de zinc ou de magnésium (moulés en coquille par gravité ou sous pression). Pour les plastiques : les polymères thermoformables : polystyrène (PS), polyéthylène (PE), polypropyléne (PP), polycarbonate (PC), acrylonitrile butadiène styrène (ABS), polychlorure de vinyle (PVC), polymétacrylate de méthyle (PMMA) ( qui se liquéfient à chaud, par opposition au thermodurcissables, aminoplastes, phénoplastes, époxydes, polyuréthane..., utilisés en général en résine, associée à des fibres formant donc un composite )...

22 8.. Contraintes techniques et économiques On trouvera dans le graphique suivant les différents procédés selon 2 critères: la taille de la série imposée par le coût de l'outillage (moule, filière) un indice de coût par unité (hypothèses : pièce de 1Kg au même tarif pour tous les procédés, série de 1000 pièces, 2 ans de production avant changement de la machine)..