Vert moulage en sable Il s'agit d'un procédé de formage des métaux qui utilise du sable humide mélangé à de l'argile pour créer des moules destinés à couler le métal en fusion. Malgré son nom, le sable n'est pas vert : il est dit « vert » car il est encore humide et n'a pas été séché ni cuit.
Le procédé fonctionne comme la construction d'un château de sable, sauf qu'il s'agit de créer un espace creux dans le sable où le métal liquide sera déposé. Le mélange sable-argile conserve sa forme juste le temps que le métal refroidisse et se solidifie. Une fois le métal durci, il suffit de casser le moule en sable pour révéler la pièce finie.
Procédé de moulage au sable vert
Étape 1 : Créer ou obtenir un modèle
Le modèle est une réplique exacte de la pièce que vous souhaitez mouler, généralement en bois, en plastique ou en métal. Considérez-le comme la copie originale qui créera l'espace creux de votre moule en sable. Le modèle doit être légèrement plus grand que votre pièce finale, car le métal se rétracte en refroidissant.
Étape 2 : Préparez le mélange de sable vert
Mélangez du sable de silice avec 5 à 10 % d'argile bentonite et 2 à 4 % d'eau jusqu'à obtenir une texture semblable à du sable de plage humide. Le mélange doit conserver sa forme lorsque vous le pressez dans votre main.
Étape 3 : Tassez le sable autour du motif
Placez le motif dans un cadre métallique appelé flacon et emballez le vert sable de coulée étroitement autour. La plupart des fonderies utilisent des fouloirs pneumatiques ou des machines pour assurer un remplissage uniforme.
Étape 4 : supprimer le motif
Retirez délicatement le modèle du sable, en laissant derrière vous une cavité parfaite à la forme de votre pièce.
Étape 5 : Créer des portes et des contremarches
Découpez des canaux (portes) pour que le métal s'écoule dans le moule et des tubes verticaux (colonnes montantes) qui permettent à l'air de s'échapper.
Étape 6 : Verser le métal en fusion
Chauffez votre métal jusqu'à ce qu'il soit complètement liquide, puis versez-le régulièrement dans le moule à travers les portes.
Étape 7 : Laisser refroidir et solidifier
Laissez le métal refroidir naturellement jusqu'à ce qu'il soit complètement solide, ce qui peut prendre quelques minutes pour les petites pièces ou des heures pour les grandes pièces moulées.
Étape 8 : Casser le moule et retirer le moulage
Retirez le moule en sable pour révéler votre pièce moulée. Le sable peut être recyclé pour la prochaine coulée après avoir éliminé les particules métalliques.
Étape 9 : Nettoyer et terminer
Retirez l'excédent de métal des portails et des contremarches à l'aide d'une scie ou d'une meuleuse, puis poncez ou usinez la surface pour obtenir la finition souhaitée. Certaines pièces nécessitent un traitement thermique pour améliorer leurs propriétés mécaniques.
Équipements courants utilisés dans la coulée au sable vert
L'équipement pour la coulée en sable vert va des simples outils manuels aux systèmes automatisés sophistiqués :
Flacons de moulage – Cadres en métal ou en bois qui retiennent le sable pendant la fabrication du moule. Ils se composent de deux parties : la chape (en haut) et la traînée (en bas).
Modèle d'équipement – Les modèles eux-mêmes ainsi que les plaques de modèles, les boîtes à noyaux et les plaques d'assortiment pour la production à grand volume.
Mélangeurs de sable (Mullers) – Machines qui mélangent le sable, l'argile et l'eau pour obtenir une consistance parfaite. Les broyeurs industriels peuvent traiter des tonnes de sable par heure.
Outils de pilonnage – Pilonneuses manuelles pour petits travaux ou pilonneuses pneumatiques pour un compactage uniforme dans les environnements de production.
Fours et creusets – Pour faire fondre le métal, depuis les petits fours au propane pour les amateurs jusqu’aux fours à induction électriques massifs dans les usines.
Louches à verser – Conteneurs pour le transfert du métal en fusion du four au moule, d’une capacité de quelques livres à plusieurs tonnes.
Équipement d'essai de sable – Appareils permettant de mesurer la teneur en humidité, la perméabilité et la résistance à la compression du mélange de sable.
Équipement de démoulage – Tables ou tambours vibrants qui séparent les pièces moulées du sable après refroidissement.
Outils de finition – Meuleuses, ponceuses et grenailleuses pour le nettoyage et le lissage des surfaces moulées.
Matériaux utilisés dans les moules en sable vert
Le vert sable pour moulage Le mélange ne contient que quelques ingrédients clés, mais leurs proportions comptent énormément :
Sable de silice (85-95%) – Le composant structurel principal, généralement de taille 50 à 100 mesh pour un bon équilibre entre résistance et perméabilité.
Argile bentonite (4-10%) – Agit comme liant, gonflant à l'état humide pour maintenir les grains de sable ensemble. La bentonite occidentale est plus efficace que la bentonite méridionale en raison de sa teneur plus élevée en montmorillonite.
Eau (2-4%) – Active le liant argileux et confère à la pièce sa résistance « à l'état cru ». Un excès d'eau crée des défauts de vapeur lors de la coulée.
Poussière de charbon ou charbon marin (2 à 5 %) – Additif optionnel qui améliore finition de surface en créant une atmosphère réductrice à l'interface métal-moule.
Farine de bois (0.5-2%) – Augmente la pliabilité, facilitant ainsi le retrait des pièces moulées du moule.
Farine de maïs ou céréales (0.25-2 %) – Améliore la résistance à l’état vert et réduit les défauts de dilatation dans les pièces moulées en fonte.
Oxyde de fer (1-3%) – Parfois ajouté pour améliorer la résistance à chaud lors de la coulée d’acier ou de fer à très haute température.
Avantages du moulage au sable vert
Faible coût – Le sable et l’argile sont incroyablement bon marché et vous pouvez réutiliser la plupart du sable indéfiniment avec des ajouts mineurs.
Polyvalence – Fonctionne avec presque tous les alliages métalliques, de l’aluminium à l’acier en passant par les superalliages exotiques.
Aucune limite de taille – Vous pouvez mouler de minuscules pièces de bijoux ou d’énormes hélices de navire en utilisant le même processus de base.
Production rapide – Pas besoin d’attendre que les moules sèchent ou cuisent, ce qui signifie que vous pouvez passer du modèle au moulage fini en quelques heures.
Écologique – Le sable est réutilisable et ne contient aucun produit chimique toxique, ce qui simplifie son élimination en cas de besoin.
Bonne précision dimensionnelle – Les moules en sable vert correctement fabriqués peuvent supporter des tolérances de ± 0.030 pouce pour la plupart des applications.
Excellent pour les prototypes – Parfait pour les pièces uniques ou les petites séries car vous n'avez pas besoin de moules permanents coûteux.
Processus de pardon – Des variations mineures dans le mélange de sable ou dans la technique ruinent rarement complètement le moulage.
Inconvénients du moulage au sable vert
Malgré sa popularité, le moulage au sable vert présente quelques limites notables :
Mauvaise finition de surface – La texture du sable se transfère à la pièce moulée, nécessitant un usinage supplémentaire pour les surfaces lisses.
Détails limités – Les caractéristiques fines inférieures à 1/16 pouce ne se reproduisent souvent pas bien en raison de la taille des grains de sable.
Défauts liés à l'humidité – Trop d’humidité provoque des trous de soufflage, tandis que trop peu provoque l’effritement du moule.
Travail intensif – La fabrication de moules à la main nécessite des ouvriers qualifiés et un effort physique important.
Variation dimensionnelle – Les moules en sable peuvent se déplacer ou se déformer légèrement, ce qui rend difficiles à atteindre des tolérances très serrées.
Pas idéal pour les murs minces – Les parois plus minces que 1/8 pouce sont difficiles à réaliser car le métal refroidit trop rapidement au contact du sable humide.
Problèmes de stockage – Les moules en sable vert ne peuvent pas être stockés à long terme car ils sèchent et perdent leur résistance.
Motif d'usure – Les modèles en bois s’usent progressivement à cause d’une utilisation répétée dans le sable abrasif.
Le moulage au sable vert est-il meilleur que le moulage au sable ?
Le moulage au sable vert est un type de moulage au sable ; c'est de loin le plus courant. Lorsqu'on parle de « moulage au sable », on parle généralement de moulage au sable vert sans s'en rendre compte. La confusion vient du fait qu'il existe plusieurs méthodes de moulage au sable, chacune utilisant des liants ou des techniques différents.
D'autres méthodes de moulage au sable comprennent le moulage au sable résineux (qui utilise des liants chimiques), le moulage au sable sec (où les moules sont cuits) et le moulage au sable huilé (qui utilise de l'huile comme liant). Chacune présente des avantages spécifiques, mais le sable vert est le plus utilisé pour le moulage à usage général.
Le sable vert surpasse les autres méthodes de moulage au sable en termes de coût et de rapidité pour la plupart des applications. Nul besoin de fours pour la cuisson des moules ni de produits chimiques coûteux nécessitant une manipulation particulière. Le procédé fonctionne à température ambiante avec des matériaux que l'on pourrait extraire du sol.
Pour un travail de haute précision ou une finition de surface supérieure, la résine moulage au sable ou à la cire perdue Ce sont peut-être de meilleurs choix. Mais lorsqu'on a besoin de pièces de qualité rapidement et à moindre coût (ce qui concerne 70 % des pièces moulées en métal produites dans le monde), le sable vert reste imbattable.
FAQ
Combien de temps dure le sable vert avant de devoir être remplacé ?
Le sable vert peut être réutilisé 20 à 50 fois avant de devoir être remplacé. La plupart des fonderies ne remplacent que 5 à 10 % de leur sable par cycle, en ajoutant des matériaux frais pour maintenir une teneur en argile et un taux d'humidité adéquats.
Quels métaux fonctionnent le mieux avec le moulage au sable vert ?
L'aluminium, le laiton et le bronze sont particulièrement efficaces grâce à leurs points de fusion plus bas. Le fer et l'acier sont également coulés avec succès, mais nécessitent une préparation du sable plus soignée pour supporter les températures plus élevées sans créer de défauts.
Peut-on faire du sable vert à la maison ?
Oui, mélangez 89 % de sable de silice fin, 10 % d'argile bentonite (de fournisseurs de poterie) et 1 % d'eau (en poids). Ajustez la teneur en eau jusqu'à ce que le mélange conserve sa forme lorsqu'on le presse, mais se brise proprement lorsqu'on le sépare.
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