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Un joli projet de 70 maquettes de réacteur nucléaire. Cuves et couvercles ont été coulés séparément en aluminium. Moulage au sable. Après ébavurage et micro-billage le tout a été monté sur un socle en bois de sipo réalisé par Vexin menuiserie Concept.

Etant donné la quantité à produire, j’ai utilisé la technique du châssis démontable: les moules en sable ne sont plus entourés de leurs frettes en bois lors de la coulée. On parle alors de moulage en mottes. L’assemblage vissé entre le socle et la cuve est permis par un écrou pris dans l’aluminium à la coulée formant insert. Comme souvent le modèle est issu de la « chaine numérique » conception + impression 3D.

 

Au commencement était le plan

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Il s’agit d’une pièce assez simple car le client souhaite qu’elle soit entièrement reprise en usinage. La demie-coupe de droite montre la pièce brute, celle de gauche l’usinée. C’est une pièce de révolution.

Si vous n’êtes pas familier des techniques de moulage, il vaut mieux commencer ici.

Les mouleurs ont souvent à travailler les pièces de révolution : diverses poulies, roues, bandages… mais les plus symboliques de toutes sont les canons et les cloches. Par ailleurs, les mouleurs sont généralement des gens économes, particulièrement de leur temps. Comme me l’a dit un jour un chef d’atelier pour le compte duquel je devais améliorer un process de production « va voire les feignants, ce sont eux qui ont les meilleures idées ». Pour réaliser un moule de révolution, l’idée est de ne pas s’embarrasser d’un modèle. On pratique le moulage au trousseau.

Prenez un châssis, un arbre et une crapaudine. Attention, une crapaudine n’est pas une espèce de batracien femelle mais une pièce qui assure une liaison pivot entre un arbre vertical et le sol.Assiette2On sert le sable dans le châssis.

Assiette3Jusqu’en haut, puis on règle le tout.

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On installe la planche a trousser sur l’arbre et c’est parti pour un tour, deux tours…Assiette5

Un dessein vaut mieux qu’un long discours. Voici l’empreinte dans le châssis inférieur, le châssis supérieur est moulé à part et ne contient que des évents et la descente de coulée. Je crée un joint en entaillant la périphérie du plan de joint du demi moule inférieur. La collerette de sable relevé va, en s’écrasant au moment du remmoulage, assurer l’étanchéité.Assiette6

On remmoule, et on charge.
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Le travail du mouleur est terminé, voici que rentre en scène le fondeur… 5 secondes pour couler, 30min de refroidissement (par-ce-que l’on est toujours trop pressé de voire le résultat) et voilà: Assiette8Assiette9

La plupart du temps en moulage sable, le plan de joint est horizontal. Cependant il arrive aussi que le fondeur ait envie de voir les choses sous un autre angle…

Les pièces d’aujourd’hui sont un lot de 12 « picots » qui vont intégrer le cadran d’une grande horloge. C’est une pièce avec un plan de symétrie, elle comporte une forme cylindrique prolongée par un cône qui constituent la partie visible de la pièce, celle qui va marquer les 12 segments de l’horloge. La partie plane sera noyée dans l’anneau externe qui formera le cadran.

En quelques photos, le process :

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Demis-modèles des pièces et du chenal dans le châssis

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Premier demi-moule, et ses repères de remmoulage

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Moule à joint vertical deux empreintes et modèles

Mes châssis verticaux n’ont pas de broches. Pour guider le remmoulage j’utilise une technique d’Ancien : les repères. On taille des cônes dans le premier demi moule et lorsque l’on serre par dessus le second, se crée naturellement leurs positifs. Le tout s’imbrique parfaitement. Si le sable est bien serré, et les moules pas trop grand, cette méthode est très précise et limite la « variation ».

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Les puristes critiquerons la « coulée en chute ». Les empreintes sont remplies par le haut ce qui augmente les turbulences du métal lors de la coulée. Les alliages d’aluminium sont fortement oxydables à l’état liquide, on préfère donc les remplissages garantissant peu de turbulences : en source (empreinte remplies par le bas). Sinon le risque est de former et d’emprisonner des peaux d’alumine dans le métal, ce qui le fragilisera. Aujourd’hui les pièces ne voient pas de chargement mécanique… et le rendu visuel n’a pas l’air d’avoir eu à pâtir de la coulée en chute :picot5

Le moulage est l’opération qui consiste a fabriquer un moule comportant l’empreinte de la pièce que l’on cherche à obtenir. Par raccourci cela désigne aussi la pièce finie.

Aujourd’hui je suis sollicité pour fabriquer une pièce de réparation pour un tracteur John Deere 4650 dont le pivot du pont avant a subi une usure conséquente.

Pivot du pont avant d’un tracteur John Deere 4650

Le but du jeux est d’obtenir une pièce qui va combler le vide laissé par l’usure afin de préserver l’arbre et le palier d’un endommagement plus sévère.

Pour confectionner un moule, le mouleur utilise généralement un modèle. C’est a dire une pièce qui a une géométrie similaire ou identique à la pièce a obtenir. Dans ce cas, pour obtenir le modèle, on utilise du silicone. Après malaxage, on bourre le silicone dans l’interstice puis on attend la prise. Voici le résultat :

Moulage en silicone bi-composant du logement de pivot usé
Moulage en silicone bi-composant du logement de pivot usé

Par soucis d’optimisation, la pièce d’aujourd’hui va partager sa place avec celle d’un autre projet. L’autre pièce est la réplique à l’identique d’une pièce métallique elle même issue de fonderie.

Les deux modèles moulés aujourd'huiLes deux modèles d’aujourd’hui

Le matériaux de prédilection pour le moulage est le sable de silice (SiO2). En effet il cumule plusieurs caractéristiques intéressantes en particulier celle d’être réfractaire. Le sable est additionné d’un liant qui lui permet de garder une bonne cohésion une fois « tassé dans un cadre »  le vocable consacré mais moins compréhensible est « serré dans un châssis »

Des livres entiers ont été écrits au sujet des sables de moulage et de leurs liants. Aussi, le sujet est vaste et passionnant mais nous ne rentrerons pas dans les détails ici. Pour mémoire, il s’agit de SPEF 100 (concurrent d’OBB) sable pour fonderie d’art lié à l’huile, à la couleur rouge et à l’odeur caractéristiques.

On positionne les deux modèles dans le châssis sur une table, puis pour éviter que le sable n’adhère on talc le tout.

Modèles et châssis
Modèles et châssis
Talcage
Passage au talc

On recouvre de sable tamisé. Le tamisage a une fonction essentielle en plus d’éliminer les impuretés, celle de rendre le sable « flou ». Dans cette état le sable a une consistance très fluide ce qui lui permet d’épouser les moindres détails du modèle.

Pour l’anecdote, le sable utilisé est si fin qu’il possède une résolution suffisante pour faire apparaitre sur le brut de fonderie les empreintes digitales du mouleur maladroit qui aurait laissé ses doigts imprimer le moule.

Tamisage du sable de contact
Tamisage du sable de contact

Puis on commence a serrer avec les doigts. L’arts et la technique du mouleur s’exprime a cet instant précis, car le serrage doit être homogène, ni trop faible, ni trop fort;  s’adapter à la géométrie du modèle ainsi qu’à la stratégie de moulage.

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Après le serrage de la couche de contact on rajoute du sable (non tamisé cette fois ci) et on serre au doigts puis au « fouloir ».

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Le fouloir permet d’appliquer un effort de serrage conséquent. L’opération doit alors toujours se dérouler en spirale, en partant des bord et e finissant par le centre.

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Quand on a répété l’opération suffisamment de fois pour que le sable serré dépasse le bord supérieur du châssis, on aplani le tout à l’aide d’une « pilette ». Une massette fait aussi bien l’affaire.

jd-11Moule passé à la pilette

On termine en réglant le dessus du moule…

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Puis en « glaçant » le sable à l’aide d’une truelle.

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On peut enfin retourner le châssis, et voilà le résultat:

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Généralement un moule est constitué de deux parties, un dessus et un dessous, qui doivent pouvoir se séparer afin d’en retirer le modèle et ainsi libérer l’empreinte. La séparation dessus / dessous est appelée « plan de joint » et est naturellement confondue avec le bord du châssis.

Dans notre cas, on comprend bien qu’il n’est pas possible de sortir les modèle sans arracher le sable et détruire le moule. Il faut donc « abaisser le plan de joint ». Ainsi les modèles pourront « démouler »

jd-15Demi-moule, plan de joint abaissé – outils de moulage servant à l’opération

Après talcage, on peut alors attaquer la fabrication de l’autre demi-moule. On positionne un châssis sur le précédent, ils sont guidés l’un par rapport à l’autre à l’aide de « broches ». Il ne faut alors pas oublier de « faire soleil ». Cette astuce de vieux mouleur consiste à faire tourner le moule dans un sens donné, en exerçant l’effort sur le châssis du dessus qui entraine par le biais des broches celui du dessous.  Ce faisant on compense le jeu naturel des broches.

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 Après serrage du second demi-moule on procède au « démoulage », c’est à dire à l’ouverture du moule qui va nous permettre d’en extraire les modèles. On en profite pour tailler dans le sable les « artifices de coulée »

  • le système de remplissage : le réseau d’entonnoirs, de descentes, chenaux et attaques de coulée qui amènent le métal dans l’empreinte
  • le système de tirage des gaz : évents, « pattes d’araignée », tirage… qui permettent d’évacuer l’air de l’empreinte ainsi que les gaz libérés par le liant du sable qui se sublime à la coulée sous l’effet de la température
  • le système d’alimentation dont les organes principaux sont le masselottes qui compensent le retrait du métal lors de sa solidification afin d’éviter ce défaut bien connu des fondeurs : la « retassure »
jd-17Moule ouvert

Il ne reste plus qu’à souffler le moule avant de le refermer, c’est le « remmoulage ». Pendant le remmoulage on n’oublie pas de faire soleil. Le moule est ensuite « chargé » pour éviter que le dessus ne se soulève sous la pression du métal.

jd-18Moule fermé et chargé, les entonnoirs sont protégés afin qu’aucune crasse ne s’y introduise avant la coulée

On peut débuter la fusion… sujet d’un autre article, tout aussi copieux.

jd-19Creuset chargé dans un four à gaz – capacité 3kg de bronze – début de la chauffe 

Passer la phase de fusion et d’élaboration de l’alliage, on procède à la coulée. Aujourd’hui tout c’est bien passé, les deux entonnoirs sont remplis et l’excédant de métal est lingoté.

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Après refroidissement on « décoche » le moule pour en extraire les grappes de coulée. Il s’agit de casser le moule, séparer le sable qui a été cuit de celui qui est encore valable.

S’en suivent les opérations de parachèvement qui aboutiront à l’obtention de la pièce finie.

jd-21Modèle et pièce parachevé – modèle et grappe de coulée – deux lingots
Montage de la pièce finie
Montage de la pièce finie

Réalisation d’un triskèle en cupro-aluminium — diamètre 200mm

Le modèle original créé en argile est moulé, puis le métal en fusion est versé dans le moule obtenu.

Moulage

Moule du dessous garni du système d'attaque et de "pattes d'araignées" (évacuation d'air)
Moule du dessous garni du système d’attaque et de « pattes d’araignées » (évacuation d’air)
Deux demis-moules -- préparatifs final avant remmoulage
Deux demis-moules — préparatifs finaux avant remmoulage
Coulée de cupro-aluminium 90-10 -- 3kg -- 1100°C
Coulée de cupro-aluminium 90-10 — 3kg — 1100°C
Démoulage
Décochage
Découpe du système de coulée ou dégrappage
Découpe du système de coulée ou dégrappage
Polissage final
Polissage final