La plupart pièces en fonte appartiennent à un moule en sable : sable vert pour les longues séries de pièces de moins de quelques centaines de livres, sable à résine no-bake pour les grandes pièces et les petites séries. La coulée à la cire perdue et le moule permanent n'ont de sens que pour les petites pièces dont la tolérance, les parois minces ou le volume justifient leur outillage métallique, et la coulée sous pression n'est pas une voie pratique pour la fonte.
Procédés de coulée qui fonctionnent pour la fonte
La fonte peut être coulée dans tous les procédés au sable, en mousse perdue, en coulée à la cire perdue, en moules permanents et en coulée centrifuge ; coulée sous pression est le seul procédé courant qui ne la prend pas en pratique.
- Moulage en sable: le sable vert, le sable à résine no-bake et le moulage en carapace coulent tous la fonte grise et la fonte ductile, et ensemble ils produisent la plupart des pièces en fonte.
- Mousse perdue: prend la fonte, mais ses modèles en mousse proviennent d'un outillage métallique, donc il nécessite du volume.
- Moulage à la cire perdue: la fonte grise et la fonte ductile sont toutes deux coulées à la cire perdue, principalement sous forme de petites pièces nécessitant des tolérances serrées ou un fini de qualité.
- Moulage en coquille: la fonte grise et la fonte ductile peuvent être coulées dans des moules métalliques, mais le procédé est utilisé principalement pour l'aluminium et les alliages de cuivre.
- Coulée centrifuge: prend la fonte, mais principalement pour les pièces rondes et creuses telles que les tuyaux et les chemises de cylindre.
Comment choisir un procédé de coulée pour la fonte
Commencez par le poids et le volume annuel, qui excluent la plupart des procédés pour une pièce donnée. La tolérance, l'épaisseur de paroi et la nuance de fonte réduisent ensuite le choix parmi les procédés restants, et la comparaison se fait sur le coût de la pièce finie et usinée.
Taille et poids de la pièce
Au-delà de quelques centaines de livres, une pièce en fonte est une pièce coulée au sable, et les pièces les plus lourdes vont au sable à résine no-bake ; la coulée à la cire perdue et le moule permanent restent principalement en dessous d'environ 100 lb.
Le graphique montre l'extrémité supérieure de la plage courante de chaque procédé, à partir des chiffres de poids AFS qui couvrent tous les alliages ; le plafond dans une fonderie donnée est fixé par son équipement de manutention des moules.
Volume annuel
La coulée au sable est rentable dès une seule pièce, tandis que le moule permanent nécessite environ 1 000 pièces coulées avant que son outillage métallique ne soit amorti.
Les quantités économiques minimales ci-dessous proviennent d'un tableau standard de manuel de fabrication et couvrent tous les alliages. Elles supposent un outillage conventionnel ; avec des modèles prototypés rapidement, n'importe lequel de ces procédés peut démarrer à une seule pièce.
Tolérance et état de surface
La coulée à la cire perdue tient environ ±0,01 po sur une dimension jusqu'à 1 po, là où le chiffre pratique du sable vert pour les petites pièces coulées est de ±0,0625 po ; les moules no-bake et en carapace sont plus rigides et tiennent plus serré que le sable vert.
Le sable vert peut tenir ±0,03 po, mais le taux de rebut augmente à mesure que la tolérance se resserre, et les grandes pièces coulées nécessitent des tolérances plus larges.
Sur le fini, le sable vert donne 250–1 000 RMS à l'état brut de coulée, et les autres procédés sont plus fins, comme le montre le graphique des chiffres AFS.
Épaisseur de paroi et géométrie
Les parois minces poussent une pièce vers la coulée à la cire perdue, et les passages internes la maintiennent au sable. Le moule permanent est le procédé le plus restrictif en matière de dépouille et de noyaux.
Un tableau standard de manuel de fabrication fixe la section minimale à 3 mm pour le sable et à 1 mm pour la coulée à la cire perdue, pour tous les alliages.
Pour la fonte ductile, les fonderies de sable vert à grand volume ne cotent généralement pas de sections à l'état brut de coulée inférieures à 5 mm, comme un article de recherche AFS sur des notes de fonte ductile.
En moule permanent, la dépouille interne est d'environ 2–20° contre 1–3° en sable, et les parois internes sans dépouille nécessitent des noyaux métalliques destructibles qui augmentent le coût.
Comment la nuance de fonte change le choix
Fonte grise convient à tout procédé que sa taille et son volume permettent. Fonte ductile est plus sensible au moule, car il se dilate davantage lors de la solidification et forme plus facilement des retassures dans un moule qui cède.
Pour un carter ou un corps de vanne en fonte ductile massive qui doit être sain, le sable à résine no-bake est le point de départ le plus sûr.
Les moules métalliques présentent un risque différent pour la fonte ductile : ils refroidissent les sections minces. Dans une étude sur de la fonte ductile à haute teneur en silicium coulée dans un moule en fer préchauffé, citée dans un article de 2022 sur la fonte ductile en moule permanent, des sections de 20 et 30 mm sont ressorties sans carbures tandis qu'une section de 10 mm était partiellement refroidie.
Coût de l'outillage et délai de fabrication
Le moulage en sable a l'outillage le moins cher. Le moulage en carapace, en mousse perdue, de précision et en moule permanent nécessitent tous un outillage métallique, qui coûte plus cher et prend plus de temps à fabriquer.
- Green sand: les lignes automatisées utilisent des modèles métalliques ; les modèles en bois servent pour des séries d'environ 50 pièces par an ou moins.
- Sable à résine no-bake: les modèles en bois, plastique ou métal fonctionnent tous ; l'outillage en plastique couvre des séries jusqu'à environ 5 000 pièces par an, le métal au-delà.
- Carapace: les modèles et boîtes à noyaux sont en fer, et les boîtes à noyaux en carapace nécessitent souvent des éjecteurs, ce qui peut augmenter significativement leur coût.
- Moulage de précision et mousse perdue: un outil métallique fabrique les modèles en cire ou en mousse, ce qui rend généralement les deux plus chers à outiller ; l'outillage de précision et les pièces d'essai prennent généralement 6 à 8 semaines.
- Moulage en coquille: le moule lui-même est usiné dans du métal ou du graphite.
Une pièce avec des passages internes ajoute une boîte à noyaux, ou plusieurs, à chacun de ces procédés.
Pour le sable, l'attente est déterminée par l'atelier de modèles. À l'été 2025, un atelier de modèles américain a porté son délai à 12–14 semaines. Lorsque cette attente ne convient pas, un moule ou noyau en sable imprimé en 3D évite le modèle ; les fonderies l'utilisent principalement pour les prototypes et les petites séries.
Coût total après usinage
Le procédé avec le prix de coulée le plus bas n'est pas toujours la pièce finie la moins chère, car un procédé qui coule plus près des cotes nécessite moins d'usinage.
Les pièces coulées en no-bake coûtent généralement plus cher que le sable vert non usiné, et la différence est souvent récupérée en usinage.
La quantité de surépaisseur nécessaire pour chaque surface dépend de la méthode de moulage ainsi que de la taille et de la forme de la pièce ; les valeurs typiques figurent dans notre guide des surépaisseurs d'usinage. Pour une pièce qui se situe entre deux procédés, demandez à la fois le prix brut de coulée et le prix usiné pour chacun.
Sable vert, no-bake ou moulage en carapace
Grand volume signifie sable vert, et grande taille signifie sable à résine no-bake. La carapace est pour les petites pièces qui nécessitent les tolérances les plus serrées du sable en volume.
Lorsque le sable vert nécessiterait des noyaux supplémentaires, des revêtements, de l'usinage ou des essais pour réaliser une pièce, sans cuisson est généralement le meilleur choix.
Sable Vert
Le sable vert convient aux pièces en fonte produites en volume et restant dans quelques centaines de livres, comme les carters, brides et pièces de pompes en fonte grise.
Ses limites sont la tolérance et, pour la fonte ductile, la santé métallurgique.
Sable à résine no-bake
Sable à résine no-bake convient aux pièces en fonte qui sont grandes, fabriquées en volume faible à moyen, ou en fonte ductile avec des sections épaisses qui doivent être saines.
Les séries typiques sont de 1 à 5 000 pièces coulées par an.
Moulage en carapace
Moulage en coquille convient aux petites pièces en fonte fabriquées en volume qui nécessitent les tolérances les plus serrées et la meilleure finition qu'un procédé au sable peut offrir.