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.
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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 :
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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 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
- 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
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.
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 ».
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.
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.
Moule passé à la pilette
On termine en réglant le dessus du moule…
Puis en « glaçant » le sable à l’aide d’une truelle.
On peut enfin retourner le châssis, et voilà le résultat:
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 »
Demi-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.
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 »
Moule 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.
Moule 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.
Creuset 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.
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.
Modèle et pièce parachevé – modèle et grappe de coulée – deux lingots
- Montage de la pièce finie
Pièce de rechange
… d’un sécateur dont le contre-fer a rendu l’âme.
Un petit moulage avec absence de dépouille et plan de joint gauche.
Pendentif
Sur un modèle et un moulage d’Alice… la coulée est assurée par Baptiste, ce pendentif qui a vu sa finition s’éterniser (mea culpa) n’attend plus que de recevoir sa monture
Tout ce qui brille n’est pas d’or…
Moulage à joint vertical
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 :
Demis-modèles des pièces et du chenal dans le châssis
Premier demi-moule, et ses repères de remmoulage
Moule à joint vertical deux empreintes et modèlesMes 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 ».
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 :
Coulée en coquille – Réalisation de médailles en série
Le parrainage d’une promotion par une autre est une tradition aux Arts et Métiers. Ainsi, pour fêter et matérialiser le parrainage de la li213 par la li208 nous avons décidé de couler quelques 200 médailles à l’effigie de l’événement.
Voici en photos la genèse de ces pièces :
Tout commence par une définition 3D en bonne et due forme. C’est Jérome et Guillaume qui s’y colle.
Guillaume et son Ultimaker 2 nous impriment alors deux demies-médailles, les voici positionnées dans un coffrage.
Protégées par du lubrifiant siliconé, elles sont recouvertes de plâtre. La prise est rapide. On enlève alors le coffrage, démoule les deux demies-médailles, puis l’on taille dans le bloc de plâtre divers artifices.
Avec de l’argile on rebouche les empreintes puis l’on repositionne le coffrage ainsi que les deux modèles. On protège enduit le tout d’agent de démoulage.
Après une deuxième coulée de plâtre on obtient un moule à médailles comportant deux empreintes et leurs jets de coulée, des évents et des clefs de positionnement.
Nous pourrions alors couler le métal directement dans ce moule, mais ce dernier ne résisterait pas à un nombre suffisant de coulées. Nous allons donc mouler le moule! La technique utilisée est la classique : moulage sable – cuproaluminium.
Le jeux des deux demis-moules métalliques obtenus se nomme coquille. Après enduction d’un produit réfractaire qui va faciliter l’écoulement du métal et réguler les échanges thermiques, la coquille est prête pour la production de masse : 2 coulées/minute soit 4 médailles/minute.
Merci à toutes celles et ceux qui sont venus donner un coup de main à la Fonderie à cette occasion.
Magie de la Fonderie
La fonderie est un procédé farceur… en témoigne cette entonnoir de coulée qui à une symétrie axiale près ressemblerait au fruit défendu de Mr Jobs …
Formée toute à fait par hasard, cette « pomme » est l’entonnoir de la première coulée de la Fonderie de la Côte : le n°102
Champagne !
… enfin cidre plutôt. Un petit moulage amusant qui a une bien longue histoire.
Coulée
La coulée est le point d’orgue de la réalisation d’une pièce de fonderie. Le concept en est relativement simple puisqu’il s’agit de verser le métal liquide depuis le creuset dans le moule. Pourtant, de ces quelques secondes va dépendre toute la réussite du projet. Des heures de moulage peuvent être réduites à néant, des heures de parachèvement supplémentaire peuvent être nécessitées par une mauvaise coulée.
Toute la complexité tient en ce qu’il se passe énormément de choses en peu de temps. Et les secondes sont comptées. Dès que le creuset est sorti du four le chronomètre est lancé… le métal commence à refroidir.
Il faut tout d’abord homogénéiser puis écrémer le contenu du creuset
On approche alors le creuset de l’entonnoir, il faut attendre que le métal soit à la bonne température. Trop chaud signifie défauts : retassures, soufflures, gales… (explicités je l’espère dans un prochain article). Trop froid signifie défaut aussi : reprise, mal-venues…
L’oeil est un bon outil d’appréciation de la température mais même bien entrainé sa précision tombera difficilement en dessous de +/- 25°
Une fois à température on effectue un dernier écrémage et rapidement on hôte la protection de l’entonnoir pour commencer la coulée.
Le geste doit être franc pour ne pas que quelques premières goûtes malheureuses ne tombent et se solidifient dans le moule créant ainsi des « goutes froides ». L’entonnoir doit être engorgé afin de minimiser les entrainement d’air dans le moule. On notera au passage, pour la même raison, la section carrée de l’entonnoir qui empêche le métal de tourbillonner.
Les problèmes peuvent être nombreux : fuite du moule au plan de joint, « couler court » (pas assez de métal) coulée trop lente ou en plusieurs fois… l’explosion du moule est l’incident le plus grave bien qu’extrêmement rare. Il est causé par la présence d’un corps étranger dans le moule, corps qui réagit vivement avec le métal.
Ici les châssis sont en bois. Aussi il faut avoir du réflexe quand le moule est plein…
Quand tous les moules ont été coulés, on « lingote » le reste du métal qui ne doit jamais être abandonné dans le fond du creuset. En effet s’il se solidifie, lors de la prochaine fusion il se dilatera et n’ayant pas de jeux avec le creuset il le brisera.
Médaille – bas relief de l’ENSAM de Lille
A partir d’une définition 3D d’un bas relief représentant la façade de l’Ecole Nationale Supérieure des Arts et Métiers de Lille, Guillaume a réalisé un modèle de fonderie grâce à une imprimante 3D. Le modèle en plastique a permis le moulage et la coulée de cette médaille en cupro-aluminium :
Pyrogravure de dessous de bouteille
Afin de décorer les tables du diner de la remise de diplômes (RDD) de l’Institut Polytechnique LaSalle Beauvais, nous avons réalisé ces dessous de bouteille dans diverses essences de bois pyrogravées au noms des quartes promotions sortantes.
Technique de moulage sable – Pièce de réparation pour tracteur
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.
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 :
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.
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.
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.
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.
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 ».
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.
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.
On termine en réglant le dessus du moule…
Puis en « glaçant » le sable à l’aide d’une truelle.
On peut enfin retourner le châssis, et voilà le résultat:
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 »
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.
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 »
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.
On peut débuter la fusion… sujet d’un autre article, tout aussi copieux.
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.
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.