Les gens utilisent depuis de nombreuses années la capacité du métal en fusion à remplir n’importe quelle cavité pour fabriquer divers produits.
Il existe aujourd'hui divers méthodes de coulée de métal, qui diffèrent les uns des autres par la technologie, car pour chaque matériau, il est nécessaire de créer certaines conditions afin qu'il puisse remplir toutes les cavités d'une forme pré-préparée. Cela est dû à la fluidité différente des métaux - un paramètre qui caractérise la capacité de la masse fondue à se propager rapidement.
Examinons en détail quelles méthodes de coulée de métaux sont actuellement utilisées dans l'industrie et quelles pièces ou pièces peuvent être obtenues en les utilisant.
Les méthodes de coulée de métal les plus populaires :
- Jeter dans le sol;
- Coulée à froid ;
- Coulée centrifuge ;
- Coulée sous laitier électrolytique ;
- Moulage par injection;
- Remplissage statique.
Pour comprendre quelles sont les caractéristiques de chaque méthode, familiarisons-nous avec leurs technologies.
Couler des métaux dans le sol
Ce procédé est célèbre depuis l'Antiquité ; aujourd'hui, il est principalement utilisé pour la production de pièces moulées uniques.
L'avantage le plus important de la technologie de coulée du métal dans le sol est son faible coût et son inconvénient est sa forte intensité de main-d'œuvre.
Le processus commence par la réalisation d'un modèle du futur moulage dans un atelier spécial ; du bois et d'autres matériaux sont utilisés pour cela.
Ensuite, le mélange de moulage est préparé ; il contient de la terre et d'autres additifs. Ensuite, un moule de coulée est fabriqué dans lequel la masse fondue est versée.
Après refroidissement, la pièce est retirée du moule et envoyée pour un traitement ultérieur ; elle est sablée ou broyée pour éliminer complètement toute terre de moulage restante.
La fonte est la mieux adaptée à une telle coulée, car elle possède une excellente fluidité ; d'autres métaux sont également utilisés.
Coulée de métal dans un moule réfrigérant
Cette méthode de coulée consiste dans le fait qu'un moule (moule), composé de deux parties, dont l'une contient un noyau, est connecté avant le début du processus.
Le métal liquide est versé dans un moule, où il refroidit rapidement, et en quelques minutes on obtient une pièce moulée finie qui peut être retirée.
Pour cette méthode, seuls les matériaux ayant une bonne fluidité sont utilisés, tandis que le moulage par injection convient à d'autres types.
Moulage par injection de métal
Le remplissage du moule avec du métal s'effectue dans ce cas sous haute pression air ou piston. L'application d'une pression aide le matériau à prendre même la configuration de forme la plus complexe, à remplir ses rainures les plus fines et à suivre toutes les courbes.
Ces méthodes de coulée de métal nécessitent des moules particulièrement solides, fabriqués en acier.
Coulée centrifuge
Cette méthode de coulée utilise des moules en sable ou en métal. La particularité est qu'ils tournent autour d'un axe verticalement ou horizontalement au cours du processus.
La masse fondue est coulée dans le moule et, sous l'action des forces centrifuges, remplit sa périphérie, puis elle se solidifie.
Cette méthode est particulièrement recommandée pour la production de tuyaux, d'anneaux et d'éléments similaires.
Coulée sous laitier électrolytique
Le métal liquide pour ce type de coulée est obtenu par refusion sous laitier électrolytique.
Un cristalliseur de cuivre refroidi à l'eau est utilisé comme moule de coulée ; le métal y pénètre après fusion, sans entrer en contact avec l'air.
Coulée de métal statique
Il s'agit de la méthode la plus simple, dans laquelle la masse fondue est versée dans un moule stationnaire jusqu'à ce qu'il soit complètement rempli. Ensuite, il durcit et est retiré.
Les procédés de coulée de métaux de ce type permettent de produire des pièces moulées de la forme la plus simple.
Avantages et inconvénients de la technologie de coulée de métaux
La fabrication de produits métalliques par moulage présente des avantages et des inconvénients.
Les avantages incluent la relative simplicité de la technologie et la productivité élevée, ainsi que la bonne qualité des pièces moulées obtenues.
Les inconvénients évidents sont : la nécessité d'utiliser des fours de fusion spéciaux, la forte intensité énergétique des processus et l'impossibilité d'appliquer la méthode à certains types de métaux.
Malgré cela, beaucoup entreprises industrielles utiliser la technologie pour produire une grande variété de pièces.
De plus, des technologies ont récemment émergé qui permettent d'automatiser autant que possible tous les processus, les rendant ainsi moins gourmands en main-d'œuvre.
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Ces dernières années, des méthodes de coulée spéciales ont été largement introduites dans l'industrie de la fonderie, qui présentent un certain nombre d'avantages par rapport à la coulée traditionnelle dans des moules uniques en sable et en argile. Densité spécifique le nombre de pièces moulées produites par des méthodes spéciales augmente régulièrement.
Les méthodes spéciales incluent la coulée : a) dans des moules métalliques permanents (refroidissement), b) par centrifugation, c) sous pression, d) dans des moules uniques à parois minces, e) coulée à la cire perdue, f) coulée en croûte ou en coquille, g ) coulée sous laitier électrolytique.
Des méthodes de coulée spéciales permettent d'obtenir des pièces moulées de dimensions plus précises avec une bonne qualité de surface, ce qui contribue à réduire la consommation de métal et la complexité d'usinage ; augmenter les propriétés mécaniques des pièces moulées et réduire les pertes dues aux défauts ; réduire ou éliminer considérablement la consommation de matériaux de moulage ; réduire l'espace de production ; améliorer les conditions sanitaires et hygiéniques et augmenter la productivité du travail.
La plupart des opérations utilisant des méthodes de coulée spéciales peuvent facilement être mécanisées et automatisées.
La faisabilité économique du remplacement de la coulée dans des moules en sable et argile par l'une ou l'autre méthode spéciale dépend de l'échelle de production, de la forme et de la taille des pièces moulées, des alliages de coulée utilisés, etc. Il est déterminé sur la base d'une analyse technique et économique approfondie de tous les coûts associés au nouveau procédé technologique.
L'un des plus courants est casting à froid. Un moule réfrigérant est un moule métallique solide ou fendu en fonte ou en acier.
Les refroidisseurs sont conçus pour produire un grand nombre de pièces moulées identiques à partir d'alliages non ferreux ou fer-carbone. La durabilité des moules de refroidissement dépend du matériau et des dimensions de la pièce moulée et du moule de refroidissement lui-même, ainsi que du respect de ses conditions de fonctionnement. La durabilité approximative des moules en fonte est de 200 000 étain-plomb, 150 000 zinc, 50 000 aluminium ou 100,5000 fonte. Il est conseillé d'utiliser des moules réfrigérants aussi bien en production de masse qu'en série (pour un lot de pièces moulées d'au moins 300 à 500 pièces).
Avant de couler le métal, les moules réfrigérants sont chauffés à une température de 100 à 300 °C et les surfaces de travail en contact avec le métal en fusion sont recouvertes de revêtements protecteurs. Le revêtement augmente la durée de vie de la matrice, empêche le soudage du métal sur les parois de la matrice et facilite le retrait des pièces moulées. Le chauffage protège le moule des fissures et facilite le remplissage du moule avec du métal. Pendant le fonctionnement, la température requise du moule de refroidissement est maintenue grâce à la chaleur générée par le métal coulé. Après durcissement, la pièce moulée est retirée par agitation ou à l'aide d'un poussoir.
La coulée par refroidissement permet de réduire la consommation de métal pour les profits et les éruptions, d'obtenir des pièces coulées d'une précision et d'un état de surface supérieurs et d'améliorer leurs propriétés physiques et mécaniques. Cependant, cette méthode de coulée présente également des inconvénients. Le refroidissement rapide du métal rend difficile l'obtention de pièces moulées à parois minces de formes complexes, ce qui entraîne un risque d'apparition de surfaces blanchies et difficiles à traiter dans les pièces moulées en fonte.
Moulage par injection- l'une des méthodes les plus productives pour produire des pièces moulées de forme précise à partir de métaux non ferreux. L'essence de la méthode est que le métal liquide ou pâteux remplit le moule et cristallise sous une pression excessive, après quoi le moule est ouvert et la pièce moulée est retirée.
Selon le mode de création de pression, on les distingue : coulée sous pression de piston et de gaz, aspiration sous vide, estampage liquide.
Le formage le plus courant des pièces moulées sous pression du piston s'effectue dans des machines dotées d'une chambre de compression chaude ou froide. Les alliages utilisés pour le moulage par injection doivent avoir une fluidité suffisante, un intervalle température-temps de cristallisation étroit et ne pas interagir chimiquement avec le matériau du moule. Pour produire des pièces moulées selon cette méthode, des alliages de zinc, de magnésium, d'aluminium et des alliages à base de cuivre (laiton) sont utilisés.
Le moulage par injection produit des pièces pour appareils : tambours de machines à compter, boîtiers d'appareils photo et parties de carrosserie pesant jusqu'à 50 kg, culasses pour moteurs de motos. Les pièces moulées peuvent produire des trous, des inscriptions, des filetages externes et internes.
Fig.5 Méthodes de coulée spéciales
a – sous pression ; b – centrifuge.
La figure 5, a montre la séquence d'obtention d'une coulée sur une machine à piston (avec chambre de compression verticale froide). Le métal en fusion est introduit par portions dans la chambre de pressage verticale 2. Lors de sa descente, le piston 1 appuie sur le métal, déplace le talon 4 vers le bas, ce qui entraîne l'ouverture du canal d'alimentation 3 et le métal pénètre dans la cavité du moule 5. Après avoir rempli le moule et maintenu pendant 3 à 30 s, le piston et le talon remontent, tandis que le talon coupe la carotte et repousse les résidus de presse. b. La partie mobile du moule 8 se déplace vers la droite et la pièce moulée 7 s'enlève facilement. Les cavités internes et les trous dans les pièces moulées sont réalisés à l'aide de tiges métalliques.
Avant de commencer le travail, le moule est chauffé et lubrifié. Pendant le fonctionnement, la température requise est maintenue et le moule est périodiquement lubrifié.
Les moules sont fabriqués à partir d'aciers à outils alliés (3Х2В8, ХВГ, Х12М, etc.) et sont soumis à un durcissement et à un revenu élevé. Le coût du moule est 3,5 fois supérieur au coût du moule.
La durabilité des moules, en fonction de la taille et de la forme des pièces moulées, est de 300 à 500 000 pièces moulées en alliages de zinc, de 30 à 50 000 pièces moulées en alliages d'aluminium, de 5 à 20 000 pièces moulées en alliages de cuivre. La productivité des machines à pistons atteint 500 pièces moulées par heure.
Dans des conditions de production de masse, l'utilisation du moulage par injection est économiquement justifiée, car cette méthode permet de réduire de 10,12 fois l'intensité de travail de la production de pièces moulées et de 5,8 fois l'intensité de travail du traitement mécanique.
Grâce à la haute précision de fabrication et aux propriétés mécaniques accrues des moulages par injection, des économies allant jusqu'à 30 à 50 % de métal sont réalisées par rapport au moulage dans des moules uniques. La possibilité d'une automatisation complète du processus est créée.
Méthode de coulée centrifuge Il est principalement utilisé pour produire des pièces moulées creuses telles que des corps rotatifs (bagues, coquilles pour segments de piston, tuyaux, chemises) à partir d'alliages non ferreux et fer-carbone, ainsi que de bimétalliques. L'essence de la méthode consiste à verser du métal liquide dans un moule rotatif en métal ou en céramique (moule). Sous l'effet des forces centrifuges, le métal liquide est projeté vers les parois du moule, se propage le long de celles-ci et durcit.
Avec la méthode de coulée considérée, les pièces moulées sont denses, exemptes de gaz et d'inclusions non métalliques, avec une structure à grains fins.
La coulée centrifuge est très productive (40 à 50 tuyaux en fonte d'un diamètre de 200 à 300 mm peuvent être coulés en une heure), permet d'obtenir des pièces moulées creuses sans utiliser de tiges et de pièces moulées bimétalliques par coulée séquentielle de deux alliages ( par exemple, l'acier et le bronze).
Outre une productivité élevée et la simplicité du processus, la méthode de coulée centrifuge, par rapport à la coulée dans des moules fixes en grès et en métal, offre plus haute qualité les pièces moulées, élimine presque la consommation de métal sur les bénéfices et les évents, augmente le rendement des pièces moulées appropriées de 20 à 60 %.
Les inconvénients de cette méthode incluent le coût élevé des moules et des équipements et la gamme limitée de pièces moulées.
Coulée à la cire perdue (cire perdue) est comme suit. Le métal est coulé dans un moule en céramique jetable à paroi mince, réalisé selon des modèles (également jetables) à partir d'une composition de modèle à faible point de fusion. Cette méthode produit des pièces moulées précises à partir de tous les alliages pesant de quelques grammes à 100 kg qui ne nécessitent pratiquement aucun usinage.
La précision dimensionnelle et la propreté de surface des pièces moulées obtenues sont telles qu'elles permettent de réduire ou de supprimer la quantité d'usinage, ce qui est particulièrement important lors de la fabrication de pièces à partir d'alliages difficiles à usiner ;
La technologie de production de pièces moulées selon les modèles réalisés comprend les étapes suivantes : production de moules pour les modèles ; obtenir des modèles en cire en pressant la composition de modèle dans des moules ; assemblage d'un bloc de modèles sur un alimentateur commun (dans le cas de petites pièces moulées) ; appliquer un revêtement résistant au feu sur la surface d'un seul modèle ou bloc ; modèles de fusion à partir de moules en coquille réfractaires (en céramique); calcination des moules ; verser du métal dans des moules chauds.
Les moules fendus sont réalisés en acier ou autres alliages selon le dessin de la pièce ou sa norme, en tenant compte du retrait de la masse du modèle et du métal coulé.
La composition modèle (par exemple à base de paraffine additionnée de cérésine, de bitume de pétrole, de colophane, de polyéthylène) à l'état pâteux est pressée en place à l'aide d'une seringue ou sur une presse.
Les modèles obtenus sont démoulés et recouverts en plusieurs couches d'un revêtement ignifuge, trempés plusieurs fois dans une composition de liant et saupoudrés de sable de quartz. Chaque couche de revêtement est séchée. Avant le revêtement, un modèle de petites pièces moulées est assemblé en blocs, en les reliant (soudure) à un système de porte commun, puis le bloc est doublé.
Les modèles sont fondus à partir de coques en céramique à l'aide d'air chaud ou d'eau chaude. Le matériau du modèle est collecté pour être réutilisé et le moule de coulée en céramique obtenu avec une surface de travail lisse est envoyé pour calcination. Cette dernière est nécessaire pour donner à la forme la résistance mécanique et l'enlèvement définitif de la matière du modèle. Le moule est placé dans une boîte en acier recouverte de sable de quartz, laissant la carotte accessible pour couler le métal, et calciné à une température de 850 à 900 °C.
Le métal est coulé dans un moule chaud, ce qui améliore la fluidité du métal et permet d'obtenir des pièces moulées complexes à parois minces.
Après refroidissement, la pièce moulée est nettoyée de la couche de revêtement réfractaire par coups manuels ou à l'aide de vibrateurs pneumatiques. Dans les cavités et les trous, les résidus de moisissure sont éliminés par lessivage dans une solution bouillante de soude caustique, puis la pièce moulée est lavée à l'eau tiède additionnée de soude.
La séparation du système d'injection des pièces moulées peut être effectuée sur des tours et des fraiseuses, des meules abrasives en vulcanite et des installations vibrantes.
Le moulage à la cire perdue produit une variété de pièces moulées complexes pour la fabrication d'automobiles et de tracteurs, la fabrication d'instruments, pour la fabrication de pièces d'avion, d'aubes de turbine, d'instruments de coupe et de mesure.
Le coût d'une tonne de pièces moulées produites à partir de modèles à cire perdue est plus élevé que celui produit par d'autres méthodes et dépend de nombreux facteurs (production en série de pièces, niveau de mécanisation et d'automatisation des processus de fonderie et des processus d'usinage des pièces moulées).
Dans la plupart des cas, la réduction de l'intensité du travail d'usinage, la consommation de métal et d'outils de coupe du métal lors de l'utilisation de pièces moulées de précision au lieu de pièces forgées ou de pièces moulées obtenues par d'autres méthodes fournissent un effet économique significatif. Le plus grand effet est obtenu lors de la conversion au moulage de pièces à la cire perdue, dans la structure des coûts dont une grande partie est constituée de coûts de métal et de fraisage, en particulier lors de l'utilisation de matériaux de structure et d'outils difficiles à traiter.
Une grande attention est accordée à l'introduction du moulage à la cire perdue, car la plupart des opérations sont facilement mécanisées et automatisées. Grâce aux efforts conjoints des employés des instituts de recherche et des usines de pointe, des lignes automatiques hautement efficaces et des ateliers automatisés pour le moulage à modèle perdu sont créés.
Moulage de coquilles utilisé pour produire des pièces moulées pesant jusqu'à 100 kg à partir de fonte, d'acier et de métaux non ferreux. Les moules à parois minces (épaisseur de paroi 6,10 mm) sont fabriqués à partir d'un mélange sable-résine : sable de quartz à grains fins et résine synthétique thermodurcissable (3,7 %). Le mélange sable-résine est préparé en mélangeant du sable et de la résine en poudre broyée avec l'ajout d'un solvant (méthode à froid) ou à une température de 100-120°C (méthode à chaud), ce qui entraîne l'enveloppement de la résine (clades) les grains de sable. Le mélange est ensuite broyé en grains individuels recouverts de résine et chargé dans une trémie. Le moulage est réalisé à partir de modèles métalliques.
Le modèle dans le système de déclenchement est fixé sur une plaque de sous-modèle, chauffée à une température de 200 à 250 °C et une fine couche d'agent de démoulage est appliquée sur sa surface de travail. Ensuite, le col de la trémie est fermé avec une plaque de modèle (le modèle est à l'intérieur) et tourné à 180°. Le mélange tombe sur le modèle chauffé, la résine fond et après 15,25 s une coque (demi-moule) de l'épaisseur requise est formée sur le modèle. La trémie est à nouveau tournée à 180°, le mélange restant tombe au fond de la trémie et la dalle modèle à coque semi-solide est placée dans un four pour durcissement final à une température de 300 - 400 ° C pendant 40 - 60 °C. s. Grâce à des éjecteurs spéciaux, le demi-moule peut être facilement retiré du modèle.
La fixation (assemblage) des demi-formes est réalisée avec des agrafes métalliques, des pinces ou de la colle à durcissement rapide. Les tiges de sable-résine pour pièces moulées creuses sont produites de la même manière.
Pour leur donner une plus grande rigidité, les moules en coquille assemblés sont placés dans des flacons, recouverts à l'extérieur de grenaille de fonte ou de sable sec et remplis de métal. Une fois la pièce coulée durcie, le moule en coquille se détruit facilement.
Les pièces moulées fabriquées dans des moules en carapace se distinguent par une grande précision et une propreté de surface, ce qui permet de réduire le poids des pièces moulées de 20 à 40 % et la complexité de leur usinage de 40 à 60 %. Par rapport au moulage dans des moules en sable et en argile, l'intensité du travail de fabrication des pièces moulées est plusieurs fois réduite. Cette méthode produit des pièces de machine critiques - vilebrequins et arbres à cames, bielles, cylindres nervurés, etc. Les processus de fabrication des coques sont faciles à automatiser.
Malgré le coût élevé du mélange sable-résine par rapport au mélange sable-argile, avec masse et production de masse les pièces moulées obtiennent un effet économique significatif.
La fonderie en carapace est utilisée pour produire des pièces principalement à partir d'alliages à base de fer (fonte, carbone et acier inoxydable), ainsi qu'à partir de cuivre et d'alliages spéciaux.
À l'usine de motos de Kiev, les cylindres nervurés sont moulés à partir de fonte au chrome-nickel modifiée ; à l'usine automobile de Gorki, les vilebrequins sont fabriqués à partir de fonte à haute résistance dans des moules en coque.
3. Production de produits par pression
TRAITEMENT SOUS PRESSION DES MÉTAUX - formage de matériaux métalliques par des moyens mécaniques sans enlèvement de copeaux.
Le formage des métaux est un groupe de processus technologiques à la suite desquels la forme d'une pièce métallique change sans perturber sa continuité en raison du déplacement relatif de ses différentes parties, c'est-à-dire par déformation plastique. Les principaux types d'O.M.D. : laminage, emboutissage, emboutissage, forgeage et emboutissage. O.M.D. est également utilisé pour améliorer la qualité des surfaces.
Mise en œuvre processus technologiques Par rapport à d'autres types de travail des métaux (coulée, découpe), la technologie basée sur le traitement des métaux est en constante expansion, ce qui s'explique par une réduction des pertes de métal et la possibilité d'assurer un niveau élevé de mécanisation et d'automatisation des processus technologiques.
O.M.D. peut fabriquer des produits à section constante ou changeante périodiquement (laminage, étirage, pressage) et des produits en pièces de formes diverses (forgeage, emboutissage), correspondant en forme et en taille aux pièces finies ou légèrement différentes d'elles. Les produits à la pièce sont généralement traités par découpe. Le volume de métal retiré dépend du degré de rapprochement de la forme et des dimensions du forgeage ou de l'emboutissage avec la forme et les dimensions de la pièce finie. Dans certains cas, O.M.D. fabrique des produits qui ne nécessitent pas de découpe (boulons, vis et la plupart des produits d'emboutissage de tôle).
Parallèlement au formage, le traitement sous pression peut améliorer la qualité et les propriétés mécaniques du métal. Le traitement sous pression des métaux est effectué soit à chaud (chauffé), soit à froid (correspondant à la température ambiante). Lors du formage de nombreux métaux et alliages, le processus est d'abord travaillé à chaud pour tirer parti de la ductilité accrue du matériau chauffé, suivi d'un processus final à froid pour obtenir une qualité de surface élevée et des dimensions précises. Méthodes de base de formage des métaux- forgeage, emboutissage, laminage, emboutissage.
Forgeage et estampage. Le forgeage à la main était historiquement la première méthode de transformation des métaux encore utilisée. Le premier marteau à vapeur, apparu en 1843, déformait le métal sous la force d'une charge tombante, et la vapeur servait à soulever ce dernier. À la suite de ce marteau à simple action, apparaît en 1888 un marteau à double action dont la « femme » supérieure, lorsqu'elle descend, est en outre accélérée par la puissance de la vapeur. Le forgeage et le matriçage peuvent être effectués avec un marteau ou une presse. Le forgeage peut être gratuit et en matrices. Les matrices d'estampage volumétrique pour presses à marteaux et à chaud sont constituées d'une partie supérieure (fixée sur la tête supérieure du marteau ou de la presse) et de parties inférieures, sur les surfaces de contact desquelles se trouvent des flux pour le façonnage séquentiel des produits. Les matrices pour l'estampage des feuilles (découpe, poinçonnage, pliage, etc.) se composent de deux parties principales - une matrice et un poinçon qui y est inclus, et parfois la même partie du tampon sert à la fois de poinçon et de matrice.
Roulant. La réduction par laminage est le procédé de formage des métaux le plus courant. Bien que le « père » des méthodes de laminage modernes soit considéré comme G. Cort, dont le premier laminoir remonte à 1783 environ, des documents historiques indiquent que l'or et l'argent destinés à la monnaie étaient roulés en feuilles en France dès 1753. Il existe de nombreux différents types de laminoirs, mais dans presque toutes ces installations, la compression est réalisée par deux rouleaux tournant l'un vers l'autre. Les rouleaux saisissent la pièce et celle-ci en sort, diminuant en épaisseur et augmentant en longueur. L’élargissement latéral ou transversal qui en résulte est dans la plupart des cas insignifiant. Les noms d'un laminoir indiquent généralement le type de produit fabriqué : blooming, brame, feuille, bande, plaque. Selon la température du métal laminé, on distingue les laminoirs à chaud et à froid.
Pressage. De nombreux métaux et alliages sont si plastiques à des températures élevées qu'ils peuvent être expulsés sous pression à travers un trou de la matrice, comme le dentifrice d'un tube. Cette méthode de pressage par extrusion, ou extrusion, permet de produire des produits aux sections complexes. L'extrusion produit, par exemple, des tiges, des tuyaux, des produits façonnés et des câbles gainés de plomb. Le pressage sans expiration est notamment utilisé pour réaliser des opérations d'emboutissage profond - transformation d'une pièce plate en manchon.
Micrologiciel. L'opération de perçage est utilisée dans la fabrication de tubes sans soudure à partir d'ébauches cylindriques coulées et de tiges extrudées. La pièce chauffée est capturée par deux rouleaux obliques (coniques) du broyeur de perçage, tournant l'un vers l'autre, et est poussée lors du laminage hélicoïdal croisé (hélicoïdal) sur un mandrin fixé au milieu entre les rouleaux. Parmi les différents appareils pour la production de tubes sans soudure, le plus célèbre est le broyeur à perçage Mannesmann. Tous les métaux et alliages ne peuvent pas être percés, mais l'acier, le cuivre et certains alliages à base de cuivre sont suffisamment ductiles pour un tel traitement, qui nécessite de très grandes déformations.
Dessin. Tiges et fils. Le diamètre de la tige obtenue par extrusion ou laminage peut être réduit en la tirant à travers le trou de la planche à dessin (loups, ou matrice). En tirant à travers une série de matrices avec des trous successivement plus petits, on peut obtenir une tige de petit diamètre. De la même manière, le fil peut être obtenu à partir d'une barre du plus petit diamètre. Le sertissage d'un fil, notamment d'un fil très fin, s'effectue souvent en le tirant continuellement à travers une série de matrices dont le nombre peut atteindre 12.
Tuyaux. Le dessin de tuyaux est généralement utilisé pour réduire le diamètre extérieur d'un tuyau ou son épaisseur de paroi, ou les deux. L'étirage à froid offre une surface de tuyau lisse, des dimensions précises et des propriétés mécaniques améliorées. Une telle « réduction » lors du calibrage des tuyaux est réalisée par étirage à travers une matrice avec un trou légèrement réduit, au centre de laquelle est fixé un mandrin. La réduction de l'épaisseur de la paroi du tuyau est déterminée par le diamètre du mandrin.
Extrusion. Le métal fin est formé par extrusion sur un tour, en le pressant contre un mandrin rotatif. Cette méthode ne convient que pour la fabrication de produits symétriques à section circulaire. Pour extruder des produits de diamètre variable le long de l'axe, des mandrins pliables sont nécessaires pour permettre le retrait du produit fini.
4. Fabrication de joints permanents
Soudage automatique à l’arc submergé. L'essence du processus est que l'arc de soudage 2 brûle entre le fil électrode 1 et le produit soudé 9 sous une couche de flux libre 6. La chaleur de l'arc fait fondre le métal de base, le fil de soudage et le flux. Le fil est introduit mécaniquement dans la zone de combustion de l'arc et la machine, à l'aide d'un moteur électrique, se déplace le long des bords à souder, ce processus de soudage est dit automatique ; si seule l’alimentation du fil est mécanisée, il s’agit alors de soudage mécanisé à l’arc submergé. En fondant, le flux forme une bulle de flux gazeux 3 et un laitier liquide 5. Le métal fondu 4 cristallise pendant le processus de refroidissement pour former souder 8. Presque simultanément à la cristallisation du métal en fusion, le flux fondu - laitier liquide - durcit, formant une croûte de laitier 7 (Fig. 1). La pression dans la bulle de gaz est de 5 à 9 g/cm3 (0,5 à 0,9 kPa). Si l'arc éclate pendant le processus de soudage, cela indique une couche de flux insuffisante. Les variétés de soudage à l'arc submergé sont présentées sur la Fig. 2, avec ce type de soudage on obtient haute performance main d’œuvre et assure la réalisation d’une soudure à résistance égale avec le métal de base.
Riz. 1. Schéma de processus de soudage automatique à l’arc submergé :
1 - électrode, 2 - arc de soudage, 3 - bulle de gaz de flux, 4 - métal en fusion, 5 - laitier liquide, 6 - flux, 7 - croûte de laitier, 8 - soudure, 9 - produit à souder
Riz. 2. Types de soudage à l’arc submergé :
a - arc unique, b - arc unique avec électrode divisée, c - arc à deux arcs, d - arc triphasé ;
1 - produit à souder, 2 - flux, 3 - fils de soudage fournissant le courant de soudage de la source d'alimentation à l'arc de soudage, 4 - électrode
Soudage sous laitier électrolytique. L'essence du processus est la suivante. Dans la période initiale, un arc de soudage se produit sous arc submergé ; en raison de la chaleur de l'arc, le flux fond et des scories électriquement conductrices se forment, qui doivent avoir une résistance ohmique importante. L'arc de soudage, après la fusion du flux avec formation de laitier électriquement conducteur, s'estompe - il est shunté et le courant, traversant le laitier fondu électriquement conducteur, libère une quantité de chaleur suffisante pour faire fondre la partie suivante de le flux, le métal de base et le fil. Le métal fondu du bain de fusion, cristallisant, forme une soudure (Fig. 3, b).
Riz. 3. Schéma de soudage sous laitier électrolytique :
1 - électrode, 2 - métal à souder, 3 - flux fondu - laitier électriquement conducteur, 4 - métal fondu, 5 - lames de cuivre, 6 - alimentation en eau pour refroidir les lames, 7 - soudure, 8 - flux ; Vw - vitesse de soudage
En pratique, ce processus (Fig. 3, a) se produit entre les bords du métal de base 2, qui sont situés verticalement avec un grand espace. Pour former un joint, c'est-à-dire pour maintenir le métal en fusion du bain de soudure, des curseurs en cuivre 5, refroidis à l'eau, sont installés des deux côtés du joint. Le fil d'électrode 1 est amené à la zone de soudage, qui se trouve sous une couche de flux 8 et excite la combustion de l'arc de soudage.
Avantages de ce type de soudage :
la capacité de souder du métal épais en un seul passage ;
il n'est pas nécessaire d'éliminer les scories et d'ajuster le mode de soudage pour effectuer une passe ultérieure, comme cela se fait avec d'autres types de soudage ;
la capacité d'effectuer des soudages sans arêtes coupantes et en éliminant les éclaboussures de métal ;
la possibilité d'utiliser un nombre presque illimité d'électrodes (fils) pour le soudage ;
suppression du traitement thermique de la soudure lors du soudage d'aciers sujets à la formation de fissures de retrait ;
productivité élevée et économie de flux.
Inconvénients de ce type de soudage :
possibilité de souder du métal d'une épaisseur d'au moins 16 mm ;
le soudage n'est pratiquement possible qu'en position verticale ;
la formation de structures défavorables est possible en raison du traitement thermique du joint et de la zone affectée thermiquement.
Selon le type d'électrode, le soudage sous laitier électrique est divisé en soudage avec un fil-électrode, une électrode à plaque et une buse consommable ; par la présence de vibrations d'électrodes - sans vibrations et avec vibrations d'électrodes ; par le nombre d'électrodes avec une alimentation commune en courant de soudage - une électrode, deux électrodes et plusieurs électrodes.
Soudage par faisceau d'électrons. Ce type de soudage est réalisé dans des chambres avec un vide allant jusqu'à 10-4-10-6 mm Hg. Art.
Pennsylvanie. La chaleur est générée en bombardant la surface métallique avec des électrons à haute vitesse ; l'anode est la pièce à souder et la cathode est l'hélice en tungstène.
Le soudage par faisceau d'électrons peut être réalisé sans oscillation et avec oscillation du faisceau d'électrons. En fonction de la direction de vibration, le soudage par faisceau d'électrons se distingue par des vibrations longitudinales, transversales, verticales et complexes du faisceau d'électrons. est basé sur la fusion des métaux soudés et d’apport avec une flamme d’oxygène gazeux à haute température. L'acétylène, l'hydrogène, le mélange propane-butane, les vapeurs de kérosène, l'essence, la ville, le naturel, l'éclairage, le pétrole, le coke et d'autres gaz sont utilisés comme combustible pour la combustion de l'oxygène.
Soudure légère En fonction du type de source lumineuse, elle est divisée en sources de lumière solaire, laser et artificielle. Dans la pratique, jusqu’à présent, seul le soudage au laser est principalement utilisé. Ce type de soudage repose sur l'utilisation d'un faisceau lumineux spécial qui fait fondre le métal. Les systèmes laser sont utilisés pour produire un faisceau lumineux puissant.
Soudage thermite consiste dans le fait que les pièces à souder sont placées dans un moule réfractaire, et la thermite, un mélange pulvérulent d'aluminium et de calamine de fer, est versée dans un creuset installé sur le dessus. Lorsque la thermite brûle, une température élevée se développe (plus de 2000ºC), du métal liquide se forme qui, lors du remplissage du moule, fait fondre les bords des produits soudés et comble l'espace, formant une soudure.
soudage par contact. Avec ce type de soudage, le joint est chauffé et fondu par la chaleur générée lorsqu'un courant électrique traverse les endroits en contact des pièces à souder ; lorsqu'une force de compression est appliquée à cet endroit, un joint soudé se forme. En fonction de la forme du joint soudé, une distinction est faite entre le soudage par points, par couture, bout à bout, en relief, par contact joint-bout à bout et le soudage selon la méthode Ignatiev. Le soudage par points, quant à lui, est divisé en un, deux et multipoints.
Soudage bout à bout Selon la nature du procédé, il est divisé en soudage avec solin intermittent et continu et soudage par résistance. Le soudage par résistance peut être réalisé avec du courant continu, alternatif et pulsé. Selon le type de source d'énergie, le soudage par résistance est divisé en condensateur, batterie, énergie accumulée dans un champ magnétique et dans un système moteur-générateur.
Soudage par diffusion est réalisée en raison de la diffusion mutuelle des atomes des pièces en contact sous une exposition à relativement long terme à une température élevée et une légère déformation plastique.
Soudage sous presse à gaz est basé sur le chauffage des extrémités des tiges ou des tuyaux sur toute la circonférence avec des brûleurs multi-flammes jusqu'à un état plastique ou sur la fusion et la compression ultérieure des tiges par une force externe.
Soudage par ultrasons est basé sur l'effet combiné de vibrations mécaniques de fréquence ultrasonore et de petites forces de compression sur les pièces à souder.
Soudage par friction. Lorsqu'une des tiges tourne et que son extrémité entre en contact avec l'extrémité de la tige fixe, les extrémités des tiges sont chauffées et soudées avec application d'une force axiale.
Soudage à froid basé sur la capacité des cristaux métalliques à croître ensemble sous une pression importante.
Soudage par presse à induction. Ce type de soudage est basé sur le chauffage des extrémités des tiges ou des tuyaux assemblés jusqu'à un état plastique avec des courants à haute fréquence, suivi de l'application de forces axiales pour obtenir une connexion permanente.
5. Technologies de transformation des métaux
La plupart des pièces de machines sont fabriquées par découpe. Les ébauches de ces pièces sont des produits laminés, des pièces moulées, des pièces forgées, des emboutis, etc.
Le processus d'usinage de pièces par découpe est basé sur la formation de nouvelles surfaces par déformation et séparation ultérieure des couches superficielles du matériau avec formation de copeaux. La partie du métal retirée lors du traitement est appelée surépaisseur. Ou, pour le dire autrement, une surépaisseur est une couche excédentaire (au-dessus de la taille du dessin) de la pièce laissée pour retrait par un outil de coupe pendant les opérations de coupe.
Après suppression de la surépaisseur sur les machines à découper les métaux, la pièce prend la forme et les dimensions correspondant au plan d'exécution de la pièce. Pour réduire l'intensité du travail et le coût de fabrication d'une pièce, ainsi que pour économiser du métal, la taille de la surépaisseur doit être minimale, mais en même temps suffisante pour obtenir une pièce de bonne qualité et avec la rugosité de surface requise.
Dans l'ingénierie mécanique moderne, il existe une tendance à réduire le volume de coupe du métal en augmentant la précision des pièces d'origine.
Méthodes de base de coupe du métal. Selon la nature du travail effectué et le type d'outil de coupe, on distingue les méthodes suivantes de coupe du métal : tournage, fraisage, perçage, fraisage, burinage, brochage, alésage, etc. (Fig. 12).
Tournant- l'opération de traitement de corps de révolution, de surfaces hélicoïdales et spirales par découpe à l'aide de fraises sur tours. Lors du tournage (Fig. 12.1), la pièce reçoit un mouvement de rotation (mouvement principal) et l'outil de coupe (couteau) reçoit un mouvement de translation lent dans le sens longitudinal ou transversal (mouvement d'avance).
Fraisage- un procédé performant et répandu de transformation des matériaux par découpe, réalisé sur des fraiseuses. Le mouvement principal (de rotation) est reçu par la fraise et le mouvement d'avance dans le sens longitudinal est reçu par la pièce (Fig. 12.2).
Forage- l'opération de découpe d'un matériau pour réaliser un trou. L'outil de coupe est une perceuse qui effectue un mouvement de rotation (mouvement principal) de coupe et un mouvement d'avance axiale. Le perçage est effectué sur des perceuses (Fig. 12.3).
Rabotage- une méthode de traitement par découpe de plans ou de surfaces réglées. Le mouvement principal (alternatif en ligne droite) est effectué par la fraise à raboter courbe, et le mouvement d'alimentation (en ligne droite, perpendiculaire au mouvement principal, intermittent) est effectué par la pièce. Le rabotage est effectué sur des raboteuses (Fig. 12.4).
Ciselage- une méthode de traitement de plans ou de surfaces façonnées avec un cutter. Le mouvement principal (alternatif rectiligne) est effectué par la fraise et le mouvement d'avance (rectiligne, perpendiculaire au mouvement principal, intermittent) est effectué par la pièce. Le rainurage est effectué sur des machines à sous (Fig. 12.5).
Affûtage- le processus de finition et de traitement de finition des pièces de machines et des outils en retirant de leur surface une fine couche de métal à l'aide de meules, à la surface desquelles se trouvent des grains abrasifs.
Le mouvement principal est la rotation, qui est effectuée par la meule. Lors du meulage cylindrique (Fig. 12.6), la pièce tourne en même temps. Lors du meulage plat, l'avance longitudinale est généralement effectuée par la pièce et l'avance transversale est effectuée par la meule ou la pièce (Fig. 12.7).
Tendre la main- un procédé dont la productivité est plusieurs fois supérieure à celle du rabotage et même du fraisage. Le mouvement principal est linéaire et moins souvent rotationnel (Fig. 12.8).
Dans la fabrication de pièces à partir de matériaux difficiles à découper, la découpe prend une place de plus en plus importante. électriques et méthodes chimiques traitement. Cela s'explique par les propriétés physiques et mécaniques particulières de ces matériaux, principalement une résistance et une dureté élevées, atteignant ou même dépassant ces indicateurs dans les matériaux d'outils modernes, ce qui rend impossible dans certains cas l'utilisation rentable de la méthode de coupe conventionnelle. De plus, les méthodes électriques et chimiques permettent de produire des surfaces de formes complexes, offrent une précision de traitement et une qualité de surface plus élevées, ce qui améliore les caractéristiques de performance des pièces fabriquées.
Dans la fabrication d'instruments, les méthodes de traitement électron-ion (élionique), c'est-à-dire l'utilisation de faisceaux d'électrons et d'ions pour la fabrication de circuits intégrés et de dispositifs semi-conducteurs, revêtent une importance particulière. La diffraction électronique permet d'obtenir des structures de dimensions submicroscopiques.
Électrique sont appelées méthodes de traitement qui utilisent l'énergie électrique directement à des fins technologiques en la fournissant à la zone de traitement sans conversion intermédiaire en d'autres types d'énergie. La conversion de l'énergie électrique en un autre type d'énergie (thermique, chimique, etc.) s'effectue directement dans le matériau à traiter. Conformément à cela, les méthodes de traitement électrique sont divisées en
électrothermique, utilisant principalement l'effet thermique du courant électrique
électrochimique, grâce à son action chimique,
électroérosif, en utilisant l'action érosive du courant,
électromécanique en utilisant son action mécanique.
Le traitement électrochimique (ECM) est effectué à l'aide d'un courant continu basse tension dans un environnement de liquides conducteurs en mouvement - des électrolytes. L'élimination du matériau de la couche retirée se produit en raison de sa dissolution anodique, c'est-à-dire de la conversion de l'énergie électrique en énergie de liaisons chimiques ; En conséquence, le matériau de la couche retirée est transformé en composés chimiques qui peuvent être facilement éliminés de la zone de traitement.
L'usinage par électroérosion (EDM) est réalisé au moyen d'une décharge électrique gazeuse pulsée, provoquant une destruction érosive du matériau de la couche retirée.
L'usinage électromécanique (EMM) utilise l'action mécanique du courant électrique ; Ainsi, le traitement électrohydraulique utilise l'action des ondes de choc résultant de la rupture pulsée d'un milieu liquide, le formage électromagnétique utilise le formage pulsé par l'interaction du courant magnétique du conducteur avec le champ magnétique induit dans la pièce.
Les méthodes de traitement par faisceau (JIMO) sont basées sur l'utilisation d'un faisceau focalisé de haute densité énergétique pour éliminer la matière ; L'élimination de matière se produit par évaporation due à la conversion de l'énergie électrique directement en chaleur.
Les méthodes de traitement chimique sont celles qui utilisent l’énergie chimique directement à des fins technologiques ; dans ce cas, le traitement de la pièce, c'est-à-dire l'élimination d'une certaine couche de métal, est effectué dans un environnement chimiquement actif. Cela inclut, par exemple, le broyage chimique.
On appelle méthodes chimiques de traitement des matériaux dans lesquelles l'élimination d'une couche de matériau se produit en raison de réactions chimiques dans la zone de traitement. Avantages des méthodes de traitement chimique :
a) une productivité élevée, assurée par des vitesses de réaction relativement élevées, principalement l'absence de dépendance de la productivité vis-à-vis de la taille de la surface traitée et de sa forme ;
b) la capacité de traiter des matériaux particulièrement durs ou visqueux ;
c) effets mécaniques et thermiques extrêmement faibles pendant le traitement, ce qui permet de traiter des pièces de faible rigidité avec une précision et une qualité de surface suffisamment élevées.
La gravure dimensionnelle profonde (fraisage chimique) est la méthode de traitement chimique la plus courante. Il est conseillé d'utiliser cette méthode pour traiter des surfaces de formes complexes sur des pièces à paroi mince, pour obtenir des pièces tubulaires ou des tôles avec un changement d'épaisseur en douceur sur la longueur, ainsi que pour traiter un nombre important de petites pièces ou de pièces rondes avec de grandes ; nombre de zones traitées (perforation des surfaces de tuyaux cylindriques). En éliminant localement les excès de matériaux dans les zones déchargées ou légèrement chargées par cette méthode, le poids total des avions et des missiles peut être réduit sans compromettre leur résistance et leur rigidité. Aux USA, le recours au broyage chimique a permis de réduire de 270 kg le poids d'une aile de bombardier supersonique. Cette méthode permet de créer de nouveaux éléments de structure, par exemple des tôles 1 d'épaisseur variable. Le broyage chimique est également utilisé dans la fabrication de circuits imprimés d’équipements électroniques. Dans ce cas, à partir d'un panneau en matériau isolant, recouvert sur une ou deux faces d'une feuille de cuivre, les zones spécifiées par le circuit sont supprimées par gravure.
La productivité du broyage chimique est déterminée par le taux d'enlèvement de matière en profondeur. Le taux de gravure augmente avec l'augmentation de la température de la solution d'environ 50 à 60 % tous les 10 °C, et dépend également du type de solution, de sa concentration et de sa pureté. La solution peut être agitée pendant le processus de gravure à l'aide d'air comprimé. Le processus de gravure est déterminé par une réaction exothermique, de sorte que l'apport d'air comprimé le refroidit quelque peu, mais fondamentalement, la température constante est assurée en plaçant des serpentins d'eau dans le bain.
La gravure par immersion présente un certain nombre d'inconvénients - l'utilisation travail manuel, rupture partielle des films protecteurs sur les surfaces non traitées. Lors du traitement d'un certain nombre de pièces, la méthode de gravure par jet, dans laquelle l'alcali est fourni par des buses, est plus prometteuse.
Un moyen d'augmenter la productivité du broyage chimique est l'utilisation de vibrations ultrasoniques d'une fréquence de 15 à 40 kHz ; dans ce cas, la productivité du traitement augmente de 1,5 à 2,5 fois - jusqu'à 10 mm/h. Le processus de traitement chimique est également considérablement accéléré par un rayonnement infrarouge ciblé. Dans ces conditions, il n'est pas nécessaire d'appliquer des revêtements de protection, car le métal est soumis à un fort échauffement le long d'un circuit de chauffage donné et les zones restantes, étant froides, ne se dissolvent pratiquement pas.
Méthodes combinées de découpe utilisées pour éliminer une couche donnée de métal par exposition simultanée à plusieurs phénomènes de nature physique différente ou en combinant différentes méthodes d'apport d'énergie. Des exemples de méthodes de traitement combinées sont les méthodes de traitement évoquées ci-dessus, basées sur les effets thermomécaniques - découpe avec chauffage des pièces ; des procédés de traitement basés sur des effets mécaniques et chimiques simultanés sur la couche découpée, par exemple un traitement mécanique avec apport de fluides de coupe actifs à la zone de coupe. Cela inclut également celui discuté ci-dessous. contact électrique traitement (ECO), qui est effectué en enlevant le matériau de la couche coupée à la suite d'une combinaison d'influences électrothermiques, électroérosives et mécaniques. Un autre exemple est anodique-mécanique traitement (AMO) - il utilise des effets électrochimiques, électroérosifs et mécaniques sur la pièce en cours de traitement. Actuellement, la méthode de traitement anodique-mécanique de matériaux difficiles à couper avec application de vibrations de basses fréquences et d'ultrasons, la méthode de perçage par vibration avec introduction de courant continu dans la zone de coupe, décharge électrique et traitement électrochimique par ultrasons les vibrations de l'électrode se développent.
La fonderie est le processus de fabrication de produits façonnés (pièces moulées) en versant du métal en fusion dans un moule creux qui reproduit la forme et les dimensions de la future pièce. Une fois le métal durci dans le moule, une pièce moulée est obtenue - une pièce ou une pièce. Les pièces moulées sont largement utilisées dans la construction mécanique, la métallurgie et la construction.
Avec toute la variété des techniques de coulée qui se sont développées au cours d'une longue période de développement de sa technologie, le schéma fondamental du processus de coulée est resté pratiquement inchangé au cours de plus de 70 siècles de son développement et comprend quatre étapes principales : la fusion du métal, la fabrication un moule, versant du métal liquide dans le moule, retirant la pièce moulée solidifiée de la forme.
Ces dernières années, des méthodes de coulée spéciales ont été largement introduites dans l'industrie de la fonderie, qui présentent un certain nombre d'avantages par rapport à la coulée traditionnelle dans des moules uniques en sable et en argile. La part des pièces moulées produites par des méthodes spéciales augmente régulièrement.
Les méthodes spéciales incluent le casting :
a) dans des moules métalliques permanents (refroidissement),
b) centrifuge,
c) sous pression,
d) sous des formes uniques à parois minces,
e) d'après modèles à cire perdue,
e) corticale, ou coquille,
g) coulée sous laitier électrolytique.
Des méthodes de coulée spéciales permettent d'obtenir des pièces moulées de dimensions plus précises avec une bonne qualité de surface, ce qui contribue à réduire la consommation de métal et la complexité d'usinage ; augmenter les propriétés mécaniques des pièces moulées et réduire les pertes dues aux défauts ; réduire ou éliminer considérablement la consommation de matériaux de moulage ; réduire l'espace de production ; améliorer les conditions sanitaires et hygiéniques et augmenter la productivité du travail.
L’un des plus courants est le casting à froid. Un moule réfrigérant est un moule métallique solide ou fendu en fonte ou en acier.
Les refroidisseurs sont conçus pour produire un grand nombre de pièces moulées identiques à partir d'alliages non ferreux ou fer-carbone. La durabilité des moules de refroidissement dépend du matériau et des dimensions de la pièce moulée et du moule de refroidissement lui-même, ainsi que du respect de ses conditions de fonctionnement.
Avant de couler le métal, les moules de refroidissement sont chauffés à une température de 100...300°C et les surfaces de travail en contact avec le métal en fusion sont recouvertes de revêtements protecteurs. Le revêtement augmente la durée de vie de la matrice, empêche le soudage du métal sur les parois de la matrice et facilite le retrait des pièces moulées. Le chauffage protège le moule des fissures et facilite le remplissage du moule avec du métal. Pendant le fonctionnement, la température requise du moule de refroidissement est maintenue grâce à la chaleur générée par le métal coulé. Après durcissement, la pièce moulée est retirée par agitation ou à l'aide d'un poussoir.
La coulée par refroidissement permet de réduire la consommation de métal pour les profits et les éruptions, d'obtenir des pièces coulées d'une précision et d'un état de surface supérieurs et d'améliorer leurs propriétés physiques et mécaniques. Cependant, cette méthode de coulée présente également des inconvénients. Le refroidissement rapide du métal rend difficile l'obtention de pièces moulées à parois minces de formes complexes, ce qui entraîne un risque d'apparition de surfaces blanchies et difficiles à traiter dans les pièces moulées en fonte.
Le moulage sous pression est l’une des méthodes les plus productives pour produire des pièces moulées de précision à partir de métaux non ferreux. L'essence de la méthode est que le métal liquide ou pâteux remplit le moule et cristallise sous une pression excessive, après quoi le moule est ouvert et la pièce moulée est retirée.
Selon le mode de création de pression, on les distingue : coulée sous pression de piston et de gaz, aspiration sous vide, estampage liquide.
Le formage le plus courant des pièces moulées sous pression du piston s'effectue dans des machines dotées d'une chambre de compression chaude ou froide. Les alliages utilisés pour le moulage par injection doivent avoir une fluidité suffisante, un intervalle température-temps de cristallisation étroit et ne pas interagir chimiquement avec le matériau du moule. Pour produire des pièces moulées en utilisant la méthode considérée, des alliages à base de zinc, de magnésium, d'aluminium et de cuivre (laiton) sont utilisés (Fig. 1).
Riz. 1 - Méthodes de coulée particulières : a - sous pression ; b - centrifuge
La méthode de coulée centrifuge est principalement utilisée pour produire des pièces moulées creuses telles que des corps rotatifs (bagues, coquilles pour segments de piston, tuyaux, chemises) à partir d'alliages non ferreux et fer-carbone, ainsi que de bimétalliques. L'essence de la méthode consiste à verser du métal liquide dans un moule rotatif en métal ou en céramique (moule). Sous l'effet des forces centrifuges, le métal liquide est projeté vers les parois du moule, se propage le long de celles-ci et durcit.
Les tuyaux et manchons longs sont coulés sur des machines à axe de rotation horizontal, les bagues courtes et les couronnes de grand diamètre sont coulées sur des machines à axe de rotation vertical.
Outre une productivité élevée et la simplicité du processus, la méthode de coulée centrifuge, par rapport à la coulée dans des moules fixes en sable, en argile et en métal, permet d'obtenir des pièces moulées de meilleure qualité, élimine presque la consommation de métal sur les bénéfices et les évents et augmente le rendement des pièces moulées appropriées. de 20...60 %. Les inconvénients de cette méthode incluent le coût élevé des moules et des équipements et la gamme limitée de pièces moulées.
Le moulage à la cire perdue (cire perdue) se compose des éléments suivants. Le métal est coulé dans un moule en céramique jetable à paroi mince, réalisé selon des modèles (également jetables) à partir d'une composition de modèle à faible point de fusion. Cette méthode produit des pièces moulées précises, pratiquement sans usinage, à partir de n'importe quel alliage pesant de quelques grammes à 100 kg.
La technologie de production de pièces moulées selon les modèles réalisés comprend les étapes suivantes : production de moules pour les modèles ; obtenir des modèles en cire en pressant la composition de modèle dans des moules ; assemblage d'un bloc de modèles sur un alimentateur commun (dans le cas de petites pièces moulées) ; appliquer un revêtement résistant au feu sur la surface d'un seul modèle ou bloc ; modèles de fusion à partir de moules en coquille réfractaires (en céramique); calcination des moules ; verser du métal dans des moules chauds.
Le moulage à la cire perdue produit une variété de pièces moulées complexes pour la fabrication d'automobiles et de tracteurs, la fabrication d'instruments, pour la fabrication de pièces d'avion, d'aubes de turbine, d'instruments de coupe et de mesure.
Le coût d'une tonne de pièces moulées produites à partir de modèles à cire perdue est plus élevé que ceux produits par d'autres méthodes et dépend de nombreux facteurs (production par lots de pièces, niveau de mécanisation et d'automatisation des processus de fonderie et d'usinage des pièces moulées).
Le moulage en coquille est utilisé pour produire des pièces moulées pesant jusqu'à 100 kg à partir de fonte, d'acier et de métaux non ferreux.
Les moules à parois minces (épaisseur de paroi 6...10 mm) sont fabriqués à partir d'un mélange sable-résine : sable de quartz à grains fins et résine synthétique thermodurcissable (3...7 %). Le mélange sable-résine est préparé en mélangeant du sable et de la résine en poudre broyée avec l'ajout d'un solvant (méthode à froid) ou à une température de 100... 120°C (méthode à chaud), à la suite de quoi la résine enveloppe ( clades) les grains de sable. Le mélange est ensuite broyé en grains individuels recouverts de résine et chargé dans une trémie. Le moulage est réalisé à partir de modèles métalliques.
Le modèle dans le système de porte est fixé sur une plaque de sous-modèle, chauffée à une température de 200...250 °C et une fine couche d'agent de démoulage est appliquée sur sa surface de travail. Ensuite, le col de la trémie est fermé avec une plaque de modèle (le modèle est à l'intérieur) et tourné à 180°. Le mélange tombe sur le modèle chauffé, la résine est redressée et après 15...25 s une coque (demi-moule) de l'épaisseur requise est formée sur le modèle. La trémie est à nouveau tournée à 180°, le mélange restant tombe au fond de la trémie et la dalle modèle à coque semi-solide est placée dans un four pour durcissement final à une température de 300...400 "C pendant 40 ...60 s Grâce à des éjecteurs spéciaux, le demi-moule est formé. Se retire facilement du modèle.
La fixation (assemblage) des demi-formes est réalisée avec des agrafes métalliques, des pinces ou de la colle à durcissement rapide. Les tiges de sable-résine pour pièces moulées creuses sont produites de la même manière.
Pour leur donner une plus grande rigidité, les moules carapaces assemblés sont placés dans des flacons, recouverts extérieurement de grenaille de fonte ou de sable sec et remplis de métal. Une fois la pièce coulée durcie, le moule en coquille est facilement détruit.
Les pièces moulées fabriquées dans des moules en carapace se distinguent par une grande précision et une propreté de surface, ce qui permet de réduire le poids des pièces moulées de 20 à 40 % et la complexité de leur usinage de 40 à 60 %. Par rapport au moulage dans des moules en sable et en argile, l'intensité du travail de fabrication des pièces moulées est plusieurs fois réduite. Cette méthode produit des pièces de machine critiques - manivelles et arbres à cames, bielles, cylindres nervurés, etc. Les processus de fabrication des coques sont faciles à automatiser.
Malgré le coût plus élevé du mélange sable-résine par rapport au mélange sable-argile, un effet économique significatif est obtenu grâce à la production en série et en série de pièces moulées.
Parmi les méthodes de moulage spéciales, le moulage dans des moules métalliques, le moulage par centrifugation, le moulage par injection, le moulage à modèle perdu de précision, le moulage par aspiration sous vide et le moulage en moules en coquille sont actuellement courants.
Amélioration et mise en œuvre types spéciaux la coulée permet d'obtenir des pièces moulées si proches de la forme finale du produit que le traitement mécanique ne peut se limiter qu'à la finition et au meulage.
Coulée dans des moules métalliques (coulée à froid)
Lors de la coulée dans des moules métalliques, des pièces moulées présentant de bonnes propriétés mécaniques sont obtenues grâce à la structure à grains fins du métal due au refroidissement rapide. Les coulées ont des contours assez précis, ne nécessitant quasiment aucun traitement, et si elles comportent une marge de transformation, elle est plusieurs fois inférieure à celle d'une coulée dans le sable. Lors du moulage dans des moules métalliques, la gestion du sol, les flacons et les étuves sont supprimés et les conditions de travail deviennent plus hygiéniques (pas de poussière provenant du sol de moulage). En raison de la massivité du moule métallique, le poids des pièces coulées est limité.
Actuellement, on utilise avec succès des machines de coulée automatiques dans lesquelles la fermeture et l'ouverture du moule métallique sont mécanisées. L'évacuation des gaz des moules étanches aux gaz s'effectue par des évents, des fentes triangulaires et des canaux de ventilation dans le plan de séparation du moule, qui ont une section transversale suffisante pour que les gaz s'échappent, mais pas suffisante pour permettre une fuite de métal.
Le matériau pour réaliser un moule métallique est pris en fonction de l'alliage qui y est coulé ; On utilise généralement de la fonte grise, moins souvent de l'acier à faible teneur en carbone. La température du moule avant coulée doit être d'au moins 200°C pour l'acier ; pour la fonte - 200-300 o C ; pour les alliages d'aluminium - 250-350 o C ; pour les alliages de cuivre - 150-200 o C (pour les pièces moulées massives - 120-150 o C).
Pour prolonger leur durée de vie, les moules sont lubrifiés avec l'un des matériaux réfractaires suivants : SiO 2 (farine de quartz ou marshalite), MgO (magnésite), Al 2 O 3 (alumine, argile réfractaire ou bentonite). FeO · Cr 2 O 3 (minerai de fer chromé). Le liant dans ce cas est généralement du verre liquide.
Avant de couler les alliages de cuivre, le moule métallique n'est pas enduit, mais peint avec une peinture spéciale à base d'huile bouillie avec du graphite (4%) ou simplement huile de graissage avec de la paraffine (50% chacun), etc. Pour les alliages d'aluminium, les moules sont lubrifiés avec une composition de 30 g d'oxyde de zinc et 30 g verre liquide pour 1 litre d'eau ou 200 g de craie et 30 g de verre liquide pour 1 litre d'eau.
Coulée centrifuge
Avec la coulée centrifuge, le métal en fusion est coulé dans un moule rotatif qui, sous l'influence des forces centrifuges, le presse contre les parois et, en se solidifiant, prend la forme souhaitée. Les pièces moulées sont denses, car les inclusions étrangères, ainsi que les gaz, étant plus légers que le métal, sont poussés par la force centrifuge vers la surface interne du moule, et le corps principal de la pièce coulée acquiert une structure dense et saine.
En coulée centrifuge, les moules sont en fonte et en acier chrome-nickel. À l’intérieur de la surface, je lubrifie la surface avec une couche de matériau réfractaire.
Les pièces allongées (cylindres, bagues) sont coulées sur une machine à axe horizontal, et les engrenages, cercles, bagues, arêtes, vis et raccords sont coulés sur une machine centrifuge à axe vertical.
Avec la coulée centrifuge, il est possible d'obtenir des pièces moulées de n'importe quelle forme, pas seulement des corps de rotation. Avec la coulée dite semi-centrifuge, la configuration des pièces coulées est formée non seulement par la force centrifuge, mais également à l'aide de tiges. L'axe de rotation du moule coïncide avec l'axe de symétrie de la pièce moulée. Pendant la centrifugation, le métal est introduit dans le moule par une colonne montante au centre et pénètre dans la cavité des moules située sur une table horizontale par des canaux d'entrée. De cette manière, il est possible d'obtenir des pièces moulées sans axe de symétrie. N'importe quelle configuration.
Moulage par injection
Dans le moulage par injection, le métal en fusion est forcé, sous la pression d'un piston ou d'air comprimé, de remplir des moules en acier et de s'y solidifier. Une fois retirée du moule, la pièce moulée finie ne nécessite aucun traitement supplémentaire.
Grâce au moulage par injection, il est possible de produire des pièces à parois très fines (jusqu'à 0,1 mm) avec des filetages, des trous et des formes complexes. La précision dimensionnelle des pièces moulées par injection est très élevée (0,1-0,01 mm). Tous les moulages sont exactement les mêmes et interchangeables. Les produits ont une structure à grains très fins, ce qui leur confère des qualités mécaniques accrues.
La productivité d'une machine atteint 4 000 pièces moulées ou plus par équipe.
Récemment, la méthode de moulage par injection a connu un grand succès dans la coulée non seulement de pièces à partir de métaux à bas point de fusion et d'alliages légers, mais également à partir d'alliages de cuivre - bronze, laiton. Le moulage par injection est également utilisé pour les produits renforcés, par exemple ceux fabriqués à partir d'alliages de zinc et d'aluminium dans lesquels sont coulés des bagues, des noyaux, etc. en acier, en laiton et en bronze.
Pour les alliages de plomb et d'étain à faible point de fusion, les moules sont en acier au carbone pouvant résister jusqu'à 50 000. moulages Pour les alliages de zinc, on utilise de l'acier au chrome-nickel, qui peut résister jusqu'à 100 000 pièces moulées. Pour les pièces moulées en alliage d'aluminium, le meilleur matériau pour les moules est l'acier au chrome-tungstène.
Les inconvénients du moulage par injection sont la nécessité de moules en acier coûteux et d'une unité d'air comprimé spéciale, ainsi que la taille et le poids limités des pièces moulées. Le moulage par injection de pièces en acier présente de grandes difficultés.
Coulée dans des moules à coque (corticale)
Les méthodes technologiques avancées de coulée, qui permettent de produire les pièces moulées les plus précises avec un traitement mécanique minimal et avec une réduction de la consommation de métal pour les copeaux, comprennent le moulage en coquille.
Pour obtenir un moulage en coquille, une couche de mélange sable-bakélite est appliquée sur des plaques métalliques chauffées sur lesquelles sont fixés des modèles métalliques et un système de portes. Un équipement de modelage chauffé à 150-200°C fait fondre la bakélite. Qui mouille les grains du matériau de moulage adhérant au modèle. L'excès de mélange qui ne colle pas au modèle est retiré et la plaque du modèle avec une croûte de mélange de 7 à 10 mm d'épaisseur est placée dans un four chauffé à 300-350 o C, où la croûte durcit rapidement (1 à 3 minutes) sur le modèle. La croûte dure retirée du modèle (demi-moule) est associée à un autre demi-moule coque lui correspondant et remplie de métal.
Le matériau des moules en forme de coquille remplis de fonte ou de métaux et alliages non ferreux est du sable de quartz à grains fins contenant 10 % de résine de bakélite. Afin d'améliorer la surface des pièces moulées en acier, on utilise parfois du minerai de fer chromé, de la magnésite de chrome, de la magnésite et d'autres additifs qui augmentent la résistance au feu, mais augmentent le coût du mélange sable-résine.
Le remplacement d'un moule en sable conventionnel par seulement une coque (croûte) réduit la consommation de sables de moulage de 50 à 90 %, augmente la précision dimensionnelle et la propreté de la surface de la pièce moulée, augmente l'enlèvement par mètre carré de zone de production et réduit le coût de la pièce moulée.
Moulage de précision à la cire perdue
Dans cette méthode de coulée, les modèles sont fabriqués à partir d'un matériau facile à fondre - paraffine avec stéarine, etc. Les modèles fabriqués avec une grande précision sont recouverts d'une coque durable, qui assure les opérations de fusion des modèles, de calcination et de coulée de métal liquide sans le utilisation de charges et de flacons, ce qui rendait auparavant difficile la réalisation de pièces précises en fonte à cire perdue. Plusieurs (2 à 5 couches) constituées de farine de quartz et d'une solution hydrolysée de silicate d'éthyle (ou de leurs substituts) sont appliquées sur le modèle à cire perdue. La dernière couche est appliquée à partir d'une masse qui confère à la coque en céramique la résistance nécessaire après la fusion du modèle et la calcination de la coque. De bons résultats sont assurés par une composition de : 40-45% de solution de verre liquide d'une densité de 1,32 et 60-65% en poids de farine de quartz (marshalite, sable de quartz broyé ou quartz fondu), tamisée au tamis n° 1. 100. Les couches appliquées, saupoudrées de sable, sont soumises à un séchage à l'air à une température de 20-25 o C pendant au moins 4 heures. Ou séchage électrique (10 min).
Avec le séchage électrique, le modèle est chauffé en même temps, et avec le séchage à l'air, le modèle est chauffé pendant 20 à 40 minutes. Dans un thermostat chauffé à 150-180 o C. Lors du chauffage, les maquettes sont placées avec la cuvette d'alimentation vers le bas.
Après avoir fondu le modèle, la coque est chauffée dans un four de calcination chauffé à une température de 600 à 650 °C. Ensuite, la température monte à 900 °C à une vitesse d'environ 100 à 150 °C par heure. Lorsqu'elle atteint 900 ° C dans le four, la calcination se termine, la coque est retirée du four et fournie pour le remplissage.
Pour éviter la formation de tartre sur la pièce moulée due à l'accès de l'air à travers la coque et pour des raisons de sécurité, avant de couler le métal, la coque est placée dans une fine enveloppe en fer sur une palette et l'espace est rempli de sable sec (et, si un refroidissement rapide est nécessaire, avec de la grenaille métallique), recouvert d'une cuvette de coulée à couvercle conique. Le couvercle est retiré avant de couler le métal.
Les pièces moulées sont obtenues sans coutures (les moules n'ont pas de connecteurs), les dimensions des pièces moulées sont plus précises que lors de la coulée dans le sol, car ici les raisons de la perte de précision du modèle cassant le moule lors de son retrait, la distorsion des moitiés de moule, la remontée du flacon supérieur et le gonflement du moule sous la pression du liquide sont éliminés du métal, etc. La précision des pièces moulées produites à l'aide de modèles à cire perdue atteint ± 0,05 mm pour 25 mm de longueur de pièce coulée et la finition de surface se situe dans les grades 4 à 6 selon GOST 2789-51.
Grâce à cette méthode, des produits de quelques grammes à 50 kg sont coulés à partir d'acier, de fonte et de métaux non ferreux, ainsi que des pièces moulées d'art - jusqu'à 100 kg et des dimensions jusqu'à 1,5 m.
Le recours à la fonderie de précision est conseillé pour la fabrication de pièces ; 1) à partir d'aciers et d'alliages difficiles ou non usinables (un outil de coupe qui ne nécessite qu'un affûtage de son tranchant sur une meule en émeri) ; 2) configuration complexe, nécessitant un usinage long et complexe, un grand nombre de montages et d'outils de coupe spéciaux, avec la perte inévitable de métal précieux sous forme de copeaux lors du traitement (aubes de turbine, parties du mécanisme machines à coudre, fusils de chasse, machines à calculer) ; 3) moulage artistique à partir d'alliages ferreux et non ferreux.
Il existe de nombreuses autres applications pour le moulage de précision.
Coulée par aspiration sous vide
L'essence de la coulée par aspiration sous vide réside dans le fait qu'un moule à paroi mince, refroidi en continu par de l'eau, connecté à un système de vide, est immergé dans un bain de métal en fusion.
L'aspiration sous vide remplit la cavité du cristalliseur dont les parois, grâce au refroidissement à l'eau, assurent une cristallisation intensive des parois vers le centre.
L'épaisseur requise de la paroi de coulée est régulée par la durée d'exposition du cristalliseur sous vide.
La production de pièces moulées par la méthode d'aspiration sous vide est réalisée dans une installation spéciale. La durée de maintien du cristalliseur sous vide peut être ajustée avec une précision de 0,1 seconde. avec installation automatique du vide marche et arrêt.
Après avoir retiré le vide, la partie du balai qui n'a pas eu le temps de cristalliser reflue dans le bain. La billette coulée tombe d'elle-même en raison du retrait du métal et de la conicité du moule.
Les pièces moulées en bronze produites par la méthode d'aspiration sous vide ont meilleure structure et des propriétés mécaniques plus élevées que les pièces moulées produites par d'autres méthodes de coulée.
La production de pièces moulées par aspiration sous vide est utilisée avec succès, par exemple dans la production d'ébauches de bagues en métaux non ferreux. Cette méthode élimine les défauts dus aux trous de gaz et à la porosité.
Contrôle du knock-out, du ferrage, du nettoyage et du lancer
Dans la production individuelle, le moulage est retiré du moule à fraises à la main, en faisant sortir le mélange de moulage des flacons, en le desserrant avec un pied-de-biche et en frappant la surface du moule et les parois du flacon.
Dans les fonderies modernes, les pièces moulées et les noyaux sont extraits des pièces moulées par des moyens mécanisés sur des grilles défonçables.
La terre extraite tombe à travers une grille de moules montés sur supports. Les vibrateurs sont alimentés par de l'air comprimé, qui est fourni par un tuyau en appuyant sur la pédale avec le pied.
Les noyaux sont retirés des pièces moulées manuellement ou à l'aide de machines vibrantes pneumatiques, ou par jet d'eau dans une chambre hydraulique. La pièce coulée dans la chambre est placée sur une table en treillis rotative et un jet d'eau sous une pression de 25 à 100 atm y est dirigé à partir d'une buse d'un diamètre de 4 à 8 mm. L'eau contenant le mélange de base est évacuée à travers le fond grillagé de la chambre dans le puisard.
Les pièces moulées sont démoulées sur des grilles à une température d'environ 1000 o et sont transportées vers le service de nettoyage et de parage par des convoyeurs de refroidissement.
Les carottes et les bénéfices sur les pièces moulées en acier sont éliminés avec une scie circulaire et sur les pièces moulées en autres métaux visqueux avec des scies à ruban. Le coupage de gaz est également utilisé pour supprimer les bénéfices.
La découpe manuelle des carottes se fait à l'aide d'un marteau et d'un burin. Pour les pièces moulées de petite et moyenne taille, les carottes sont retirées dans des presses à découper ; Pour les très petites pièces moulées, pour éviter de les casser, utilisez une scie à ruban. Les baies et autres irrégularités sont lissées à l'aide de burins manuels ou pneumatiques.
La surface des petites pièces moulées est nettoyée avec succès du sable dans des tambours rotatifs, dans lesquels des étoiles en fonte blanche sont chargées avec les pièces moulées ; De plus, les produits sont nettoyés avec des machines de sablage.
Le nettoyage avec des machines de sablage est effectué avec un courant d'air comprimé transportant du sable de quartz. Les grains de sable, frappant avec force la surface de la pièce moulée, en retirent la terre brûlée et la surface devient propre, mate.
Récemment, au lieu du sable, ils ont commencé à utiliser de la grenaille de fonte blanche, produite en pulvérisant un jet de fonte liquide avec un jet d'eau ou d'air. De petites gouttes de fonte, rapidement refroidies à l'eau, obtiennent la dureté de la fonte blanche. Ils sont tamisés sous forme de pellets de 0,5 à 2 mm, les plus gros sont broyés et des fragments pointus sont ajoutés au tir. Avec la grenaille de fonte, il y a moins de poussière et le travail s'effectue dans des conditions plus hygiéniques. La consommation de grenaille est de 2,4 à 3,5 kg pour 1 tonne de coulée (25 à 35 fois inférieure à la consommation de sable) à une pression d'air allant jusqu'à 5 à 6 at.
Pour nettoyer les pièces moulées massives de configuration complexe, un nettoyage hydraulique par jets d'eau sous une pression allant jusqu'à 150 atm est utilisé. Le nettoyage s'effectue rapidement et en toute absence de poussière, ce qui est très important du point de vue de la sécurité des travailleurs. Lors du nettoyage hydraulique, les tiges sont également éliminées des pièces moulées.
La mécanisation de l'élimination des tiges des pièces moulées en introduisant un dispositif d'hydro-nettoyage et en retirant les tiges ainsi que le nettoyage de la surface des pièces moulées du mélange brûlé (nettoyage hydraulique au sable) réduit l'intensité du travail de nettoyage d'environ 10 fois.
Avant de couper les carottes de coulée et de procéder au nettoyage, la pièce moulée est inspectée pour déterminer s'il y a des défauts grossiers dans les pièces moulées, de sorte qu'il ne serait plus pratique de transférer la pièce moulée pour le nettoyage et la découpe. Il existe différents classificateurs de défauts (tableaux et instructions). Ils sont utilisés non seulement pour contrôler les pièces moulées, mais aussi pour combattre et prévenir les défauts.
Tâches contrôle technique sont des analyses de défauts de fonderie. Déterminer les différents types et causes de défauts et prendre des contre-mesures en collaboration avec l'administration de la fonderie.
Le contrôle des matières premières et des matériaux entrant dans la fonderie, les équipements de modélisation et de flacons, la vérification des procédés technologiques sont effectués, produits finis basé sur l'existant spécifications techniques. Le service de contrôle rapporte directement au directeur de l'usine.
Tous les métaux peuvent être coulés. Mais tous les métaux n'ont pas les mêmes propriétés de coulée, en particulier la fluidité - la capacité de remplir un moule de coulée de n'importe quelle configuration. Les propriétés de coulée dépendent principalement de composition chimique et structures métalliques. La température de fusion est importante. Les métaux à bas point de fusion sont faciles à couler industriellement. Parmi les métaux courants, l’acier a le point de fusion le plus élevé. Les métaux sont divisés en ferreux et non ferreux. Les métaux ferreux sont l'acier, la fonte ductile et la fonte. Les métaux non ferreux comprennent tous les autres métaux qui ne contiennent pas de quantités significatives de fer. Pour la coulée, on utilise notamment des alliages à base de cuivre, de nickel, d'aluminium, de magnésium, de plomb et de zinc. ALLIAGES.
Métaux noirs.
Devenir.
Il existe cinq classes d'aciers pour la fonderie industrielle : 1) à faible teneur en carbone (avec une teneur en carbone inférieure à 0,2 %) ; 2) carbone moyen (0,2 à 0,5 % de carbone) ; 3) à haute teneur en carbone (plus de 0,5 % de carbone) ; 4) faiblement alliés (moins de 8 % d’éléments d’alliage) et 5) fortement alliés (plus de 8 % d’éléments d’alliage). Les aciers à moyenne teneur en carbone représentent la majeure partie des pièces moulées en métaux ferreux ; Ces pièces moulées sont, en règle générale, des produits industriels de qualité standardisée. Différentes sortes les aciers alliés sont conçus pour atteindre une résistance, une ductilité, une ténacité, une résistance à la corrosion, une résistance à la chaleur et une résistance à la fatigue élevées. Les aciers moulés ont des propriétés similaires à celles de l'acier forgé. La résistance à la traction d'un tel acier varie de 400 à 1 500 MPa. La masse des pièces moulées peut varier dans une large gamme - de 100 g à 200 tonnes ou plus, l'épaisseur en section - de 5 mm à 1,5 m. La longueur de la pièce moulée peut dépasser 30 m. L'acier est un matériau universel pour la coulée. En raison de sa haute résistance et de sa ductilité, c'est un excellent matériau pour l'ingénierie mécanique.
Fonte malléable.
Il existe deux classes principales de fonte ductile : la fonte ordinaire et la fonte perlitique. Les pièces moulées sont également fabriquées à partir de certaines fontes malléables alliées. La résistance à la traction de la fonte ductile est de 250 à 550 MPa. Sa résistance à la fatigue, sa grande rigidité et sa bonne usinabilité le rendent idéal pour les machines-outils et de nombreuses autres applications. production de masse. La masse des pièces moulées varie de 100 g à plusieurs centaines de kilogrammes et l'épaisseur de la section transversale ne dépasse généralement pas 5 cm.
En fonte.
Les fontes comprennent une large gamme d'alliages de fer avec du carbone et du silicium contenant 2 à 4 % de carbone. Il existe quatre principaux types de fonte utilisés pour la coulée : grise, blanche, blanchie et mi-coulée. La résistance à la traction de la fonte est de 140 à 420 MPa, et celle de certaines fontes alliées peut atteindre 550 MPa. La fonte se caractérise par une faible ductilité et une faible résistance aux chocs ; parmi les designers, il est considéré comme un matériau fragile. La masse des pièces moulées varie de 100 g à plusieurs tonnes. Les pièces moulées en fonte de fonderie sont utilisées dans presque toutes les industries. Leur coût est faible et ils peuvent être facilement traités par découpe.
Fonte nodulaire.
Les inclusions sphériques de graphite confèrent à la fonte une ductilité et d'autres propriétés qui la distinguent avantageusement de la fonte grise. La forme sphérique des inclusions de graphite est obtenue en traitant la fonte avec du magnésium ou du cérium immédiatement avant la coulée. La résistance à la traction de la fonte nodulaire est de 400 à 850 MPa, la ductilité est de 20 à 1 %. Certes, la fonte nodulaire se caractérise par une faible résistance aux chocs de l'échantillon entaillé. Les pièces moulées peuvent avoir une section transversale grande ou petite et un poids allant de 0,5 kg à plusieurs tonnes.
Métaux non-ferreux.
Cuivre, laiton et bronze.
Il existe de nombreux alliages à base de cuivre adaptés à la coulée. Le cuivre est utilisé dans les cas où une conductivité thermique et électrique élevée est requise. Le laiton (un alliage de cuivre et de zinc) est utilisé lorsqu'un matériau peu coûteux et modérément résistant à la corrosion est souhaité pour une variété de produits à usage général. La résistance à la traction du laiton coulé est de 180 à 300 MPa. Le bronze (un alliage de cuivre et d'étain, auquel peuvent être ajoutés du zinc et du nickel) est utilisé dans les cas où une résistance accrue est requise. La résistance à la traction des bronzes coulés est de 250 à 850 MPa.
Nickel.
Les alliages cuivre-nickel (tels que le métal Monel) ont une résistance élevée à la corrosion. Les alliages nickel-chrome (tels que l'Inconel et le nichrome) se caractérisent par une résistance thermique élevée. Les alliages molybdène-nickel sont très résistants à l'acide chlorhydrique et aux acides oxydants à des températures élevées.
Aluminium.
Les produits moulés en alliages d'aluminium ont récemment été de plus en plus utilisés en raison de leur légèreté et de leur résistance. De tels alliages ont une résistance à la corrosion assez élevée et une bonne conductivité thermique et électrique. La résistance à la traction des alliages d'aluminium moulés varie de 150 à 350 MPa.
Magnésium.
Les alliages de magnésium sont utilisés là où l'exigence de légèreté prime. La résistance à la traction des alliages de magnésium moulés est de 170 à 260 MPa.
Titane.
Le titane, un matériau solide et léger, est fondu sous vide et coulé dans des moules en graphite. Le fait est que pendant le processus de refroidissement, la surface du titane peut être contaminée en raison d'une réaction avec le matériau du moule. Par conséquent, le titane coulé dans des formes autres que celles fabriquées à partir de poudre de graphite usinée et pressée est fortement contaminé en surface, ce qui se manifeste par une dureté accrue et une faible ductilité en flexion. Le moulage du titane est principalement utilisé dans l’industrie aérospatiale. La résistance à la traction du titane coulé est supérieure à 1 000 MPa avec un allongement relatif de 5 %.
Métaux rares et précieux.
Les pièces moulées en or, argent, platine et métaux rares sont utilisées dans la bijouterie, la technologie dentaire (couronnes, obturations) ; certaines parties des composants électroniques sont également réalisées par moulage.
MÉTHODES DE COULÉE
Les principales méthodes de coulée sont : la coulée statique, le moulage par injection, la coulée centrifuge et la coulée sous vide.
Remplissage statique.
Le plus souvent, un remplissage statique est utilisé, c'est-à-dire verser dans un moule fixe. Avec cette méthode, du métal fondu (ou non métallique - plastique, verre, suspension céramique) est simplement versé dans la cavité d'un moule fixe jusqu'à ce qu'il soit rempli et maintenu jusqu'à ce qu'il se solidifie.
Moulage par injection.
Une machine de coulée remplit un moule en métal (acier) (généralement appelé moule et peut être multi-cavité) avec du métal en fusion sous une pression de 7 à 700 MPa. Les avantages de cette méthode sont une productivité élevée, une qualité de surface élevée, des dimensions précises du produit coulé et un besoin d'usinage minimal. Les métaux typiques pour le moulage sous pression sont les alliages de zinc, d'aluminium, de cuivre et d'étain-plomb. En raison de leur faible point de fusion, ces alliages sont hautement technologiques et permettent des tolérances dimensionnelles étroites et d'excellentes caractéristiques de coulée.
La complexité de la configuration des pièces moulées dans le cas du moulage par injection est limitée par le fait que la pièce moulée peut être endommagée lorsqu'elle est séparée du moule. De plus, l'épaisseur des produits est quelque peu limitée ; il est préférable de privilégier les produits à section mince, dans lesquels la masse fondue se solidifie rapidement et uniformément.
Il existe deux types de machines de moulage par injection : à chambre froide et à chambre chaude. Les presses à chambre chaude sont principalement utilisées pour les alliages à base de zinc. La chambre de pressage à chaud est immergée dans le métal en fusion ; sous une légère pression d'air comprimé ou sous l'action d'un piston, le métal liquide est expulsé de la chambre de pressage chaude dans le moule. Dans les machines de coulée à chambre froide, l'aluminium, le magnésium ou l'alliage de cuivre en fusion remplit le moule sous une pression de 35 à 700 MPa.
Les pièces moulées obtenues par moulage par injection sont utilisées dans de nombreux appareils électroménagers (aspirateurs, machines à laver, téléphones, lampes, machines à écrire) et très largement dans l'industrie automobile et dans la fabrication d'ordinateurs. Les pièces moulées peuvent peser de plusieurs dizaines de grammes à 50 kg ou plus.
Coulée centrifuge.
Lors de la coulée centrifuge, le métal en fusion est versé dans un moule en sable ou en métal qui tourne autour d'un axe horizontal ou vertical. Sous l'influence des forces centrifuges, le métal est projeté de la carotte centrale vers la périphérie du moule, remplissant ses cavités, et se solidifie pour former une pièce coulée. La coulée centrifuge est économique et pour certains types de produits (axisymétriques tels que tuyaux, anneaux, coquilles, etc.) elle est plus adaptée que la coulée statique.
Remplissage sous vide.
Les métaux tels que le titane, les aciers alliés et les alliages à haute température sont fondus sous vide et versés dans plusieurs moules, tels que le graphite, placés sous vide. Cette méthode réduit considérablement la teneur en gaz du métal. Les lingots et pièces moulées produits par coulée sous vide ne pèsent pas plus de plusieurs centaines de kilogrammes. Dans de rares cas, de grandes quantités d'acier (100 tonnes ou plus), fondues à l'aide de la technologie conventionnelle, sont coulées dans une chambre à vide dans des moules ou des poches de fonderie qui y sont installées pour une coulée ultérieure à l'air. Les grandes chambres à vide métallurgiques sont évacuées par des systèmes multi-pompes. L'acier obtenu par cette méthode est utilisé pour la fabrication de produits spéciaux par forgeage ou fonderie ; ce processus est appelé dégazage sous vide.
MOULES DE COULÉE
Les moules de coulée sont divisés en moules multiples et uniques (en sable). Les formes multiples sont en métal (moules et moules réfrigérés), ou en graphite ou en céramique réfractaire.
Formes multiples.
Les moules métalliques (moules et moules de refroidissement) pour l'acier sont généralement en fonte, parfois en acier résistant à la chaleur. Pour couler des métaux non ferreux tels que le laiton, le zinc et l'aluminium, des moules en fonte, en cuivre et en laiton sont utilisés.
Moules.
Il s’agit du type le plus courant de moules de coulée multiples. Le plus souvent, les moules sont en fonte et sont utilisés pour produire des lingots d'acier au stade initial de la production d'acier forgé ou laminé. Les moules appartiennent à des moules de coulée ouverts, puisque le métal les remplit par le haut par gravité. Des moules « traversants » sont également utilisés, ouverts en haut et en bas. La hauteur des moules peut être de 1 à 4,5 m, le diamètre – de 0,3 à 3 m. L'épaisseur de la paroi de coulée dépend de la taille du moule. La configuration peut être différente - de ronde à rectangulaire. La cavité du moule se dilate légèrement vers le haut, ce qui est nécessaire pour retirer le lingot.
Le moule, prêt à être coulé, est posé sur une épaisse plaque de fonte. En règle générale, les moules sont remplis par le haut. Les parois de la cavité du moule doivent être lisses et propres ; Lors du versement, vous devez vous assurer que le métal ne se répand pas ou n'éclabousse pas sur les murs. Le métal coulé durcit dans le moule, après quoi le lingot est retiré (« décapage du lingot »). Une fois le moule refroidi, il est nettoyé de l’intérieur, pulvérisé de peinture à mouler et réutilisé. Un moule vous permet de produire 70 à 100 lingots. Pour un traitement ultérieur par forgeage ou laminage, le lingot est chauffé à haute température.
Kokili.
Il s'agit de moules de coulée métalliques fermés, dotés d'une cavité interne correspondant à la configuration du produit et d'un système de coulée, qui sont réalisés par usinage dans un bloc de fonte, de bronze, d'aluminium ou d'acier. Le moule de refroidissement se compose de deux parties ou plus, après connexion desquelles il ne reste qu'un petit trou en haut pour verser le métal en fusion. Pour former des cavités internes, des « tiges » de gypse, de sable, de verre, de métal ou de céramique sont placées dans le moule. La coulée par refroidissement produit des pièces moulées à partir d'alliages à base d'aluminium, de cuivre, de zinc, de magnésium, d'étain et de plomb.
Le moulage à froid n'est utilisé que dans les cas où il est nécessaire d'obtenir au moins 1000 moulages. La durée de vie du moule de refroidissement atteint plusieurs centaines de milliers de pièces moulées. Le moule de refroidissement est mis au rebut lorsque (en raison de la combustion progressive du métal en fusion) la qualité de surface des pièces moulées commence à se détériorer de manière intolérable et les tolérances calculées pour leurs dimensions ne sont plus respectées.
Moules en graphite et ignifuges.
De telles formes sont constituées de deux parties ou plus ; une fois connectées, la cavité requise est formée. Le coffrage peut avoir une surface de séparation verticale, horizontale ou inclinée ou peut être démonté en blocs séparés ; cela facilite le retrait du moulage. Une fois retiré, le moule peut être remonté et réutilisé. Les moules en graphite permettent des centaines de pièces moulées, en céramique - seulement quelques-unes.
Des moules multiples en graphite peuvent être fabriqués en usinant du graphite, et ceux en céramique sont faciles à former, ils sont donc nettement moins chers que les moules en métal. Des moules en graphite et réfractaires peuvent être utilisés pour la refonte en cas de moulages sous pression insatisfaisants.
Les moules ignifuges sont fabriqués à partir d'argile à porcelaine (kaolin) et d'autres matériaux hautement réfractaires. Dans ce cas, des modèles en métaux ou en plastiques faciles à usiner sont utilisés. Le réfractaire en poudre ou en granulés est mélangé à de l'argile dans l'eau, le mélange obtenu est façonné et l'ébauche du moule de coulée est cuite de la même manière que des briques ou des plats.
Formulaires uniques.
Les moules de coulée en sable sont soumis à beaucoup moins de restrictions que tout autre moule. Ils conviennent à la production de pièces moulées de n'importe quelle taille, n'importe quelle configuration, à partir de n'importe quel alliage ; ce sont les moins exigeants sur la conception du produit. Les moules en sable sont fabriqués à partir d'un matériau réfractaire plastique (généralement du sable siliceux), lui donnant la configuration souhaitée afin que le métal coulé, une fois solidifié, conserve cette configuration et puisse être séparé du moule.
Le mélange de moulage est obtenu en mélangeant du sable avec de l'argile et des liants organiques dans de l'eau dans une machine spéciale.
Lors de la fabrication d'un moule en sable, il est pourvu d'un trou de coulée supérieur avec un « bol » pour couler le métal et d'un système de canaux interne pour alimenter la pièce moulée en métal fondu pendant le processus de solidification, car sinon, en raison du retrait pendant la solidification ( typique de la plupart des métaux), des vides peuvent se former dans la pièce coulée (cavités de retrait).
Formes de coquille.
Ces moules sont disponibles en deux types : un matériau à bas point de fusion (gypse) et un matériau à point de fusion élevé (poudre de silice fine). Un moule en forme de coquille de gypse est fabriqué en mélangeant un matériau de gypse avec de l'eau avec un élément de fixation (polymère à durcissement rapide) jusqu'à obtenir une consistance fine et en recouvrant le modèle de coulée avec un tel mélange. Une fois que le matériau du moule a durci, il est coupé, traité et séché, puis les deux moitiés sont « appariées » et coulées. Cette méthode de coulée ne convient qu'aux métaux non ferreux.
Moulage à la cire perdue.
Cette méthode de coulée est utilisée pour les métaux précieux, l'acier et d'autres alliages à point de fusion élevé. Tout d’abord, un moule est réalisé qui correspond à la pièce coulée. Il est généralement fabriqué en métal à bas point de fusion ou en laiton (usiné). Ensuite, en remplissant le moule de paraffine, de plastique ou de mercure (puis congelé), on obtient un modèle pour une coulée. Le modèle est doublé d'un matériau ignifuge. Le matériau en forme de coquille est constitué d'une fine poudre réfractaire (par exemple de la poudre de silice) et d'un liant liquide. La couche de bardage coupe-feu est compactée par vibration. Après durcissement, le moule est chauffé, le modèle en paraffine ou en plastique fond et le liquide s'écoule du moule. Ensuite, le moule est cuit pour éliminer les gaz et, lorsqu'il est chauffé, il est rempli de métal liquide qui s'écoule par gravité, sous pression d'air comprimé ou sous l'influence de forces centrifuges (dans une machine de coulée centrifuge).
Formes céramiques.
Les moules en céramique sont fabriqués à partir d'argile à porcelaine, de sillimanite, de mullite (aluminosilicates) ou d'autres matériaux hautement réfractaires. Dans la fabrication de telles formes, des modèles en métaux ou en plastiques faciles à usiner sont généralement utilisés. Les matériaux réfractaires en poudre ou en granulés sont mélangés à un liant liquide (silicate d'éthyle) jusqu'à obtenir une consistance gélatineuse. Le moule nouvellement fabriqué est flexible afin que le modèle puisse en être retiré sans endommager la cavité du moule. Ensuite, le moule est cuit à haute température et rempli d'une masse fondue du métal souhaité - acier, alliage dur et cassant, alliage à base de métaux rares, etc. Cette méthode permet de produire des moules de tout type et convient pour production à petite et à grande échelle.
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