Les modèles de coulée se répartissent en onze types reconnus, et ce qui les distingue n’est pas la forme de la pièce mais la manière dont le modèle est divisé et maintenu : un corps solide, divisé au plan de joint, éclaté en plusieurs sections, ou monté sur plaques pour une production en série.
Ce choix se paie deux fois — une fois dans le devis d’outillage, et encore dans chaque pièce coulée que le modèle produit, car l’équipement de modèle fixe la plage de tolérance que la fonderie peut tenir. Entre la disposition la plus lâche et la plus serrée, cette plage est approximativement d’un facteur deux.
| Type de modèle | Description | Mieux adapté à |
|---|---|---|
| Modèle monobloc | Toute la forme de la pièce coulée est réalisée en une seule pièce solide | Pièces coulées simples et en faible volume |
| Modèle divisé | Le modèle est divisé en deux sections le long du plan de joint | Pièces coulées de complexité moyenne |
| Modèle multipièces | Le modèle se compose de trois sections ou plus | Formes complexes |
| Modèle sur plaque à portée | Les moitiés châssis supérieur et inférieur sont montées sur les faces opposées d’une seule plaque | Production en grand volume |
| Modèle châssis supérieur et inférieur | Les moitiés châssis supérieur et inférieur sont montées sur des plaques séparées | Pièces coulées de grande taille ou automatisées |
| Modèle avec système de coulée | Plusieurs modèles sont reliés par un canal de coulée et un système d’alimentation communs | Production de plusieurs pièces coulées par moule |
| Modèle à pièces rapportées | Des pièces amovibles permettent de retirer les modèles avec des contre-dépouilles ou des saillies | Composants complexes |
| Modèle sur planche de support | Une planche de support maintient les modèles faibles ou irréguliers pendant le moulage | Modèles minces ou fragiles |
| Modèle à balayage | Un gabarit profilé tourne autour d’un axe pour former la cavité du moule | Pièces coulées circulaires de grande taille |
| Modèle squelette | Une structure ouverte définit la forme de la pièce coulée | Pièces coulées très grandes et en faible volume |
| Modèle segmenté | Une section du modèle est déplacée de manière répétée autour d’un centre | Pièces coulées symétriques de grande taille |
Modèle monobloc ou plein
Un modèle monobloc porte toute la forme de la pièce coulée comme un seul corps solide sans division intégrée, et il convient aux pièces simples en faible quantité — un de la fonte grise contrepoids fabriqué sur commande, pas un carter sur une ligne de production.
Utilisé libre — non monté, sans rien qui le relie au châssis — c’est aussi l’équipement de modèle le moins précis qu’une fonderie de sable utilise. Le mouleur le place, le tasse, retourne le moule et le retire à la main, donc la position du modèle par rapport aux broches du châssis est établie à nouveau sur chaque moule.
La comparaison publiée par la SFSA des équipements de modèle place les modèles en bois libres à 210 sur un indice où une plaque à portée métallique est à 100 — soit environ le double de la plage de tolérance sur la même pièce dans le même sable vert.
La contrainte est géométrique plutôt que quantitative : toute la forme doit se retirer du joint de moule dans une seule direction, donc une seule contre-dépouille exclut le type.
Modèle en deux parties
Un modèle en deux parties est la même forme divisée en deux moitiés le long de la ligne de joint, une moulée dans le châssis supérieur et une dans le châssis inférieur, ce qui permet de mouler des formes qui ne peuvent pas être tirées dans une seule direction sans pièces mobiles ni noyaux supplémentaires. C’est l’outil de travail pour les pièces coulées de complexité modérée.
La division elle-même est courante ; c’est son emplacement qui constitue la décision de tolérance. Les dimensions qui traversent la ligne de joint varient d’environ 24% de plus que les dimensions formées entièrement dans une moitié de moule, car elles dépendent de la façon dont le châssis supérieur et le châssis inférieur se ferment l’un sur l’autre plutôt que d’une seule pièce d’outillage.
La règle pratique est donc courte : quoi que le dessin indique comme critique, demandez qu’il se trouve à l’intérieur d’une moitié du moule. Lorsqu’une dimension critique doit traverser le joint, prévoyez l’écart supplémentaire au lieu de le découvrir lors du premier article.
Modèle en plusieurs pièces
Un modèle en plusieurs pièces divise la forme en trois sections ou plus, et il est utilisé lorsque deux moitiés ne peuvent pas dégager la géométrie — une pièce avec plus d’un plan de joint, ou avec des caractéristiques qui tirent dans des directions différentes.
Chaque pièce d’outillage supplémentaire qui aide à former une dimension ajoute un degré de liberté. Une caractéristique entièrement réalisée par une seule pièce d’outillage est aussi précise que cette pièce ; une caractéristique réalisée entre deux pièces porte également toute erreur dans la façon dont elles se positionnent l’une par rapport à l’autre. Les caractéristiques formées entre le moule et un noyau, par exemple, varient d’environ 39% de plus que les caractéristiques formées dans une seule moitié de moule.
C’est pourquoi la construction en plusieurs pièces est un dernier recours plutôt qu’une capacité à mettre en valeur. Lorsqu’elle est inévitable, décidez avant la coupe de l’outillage quelles caractéristiques doivent être maintenues, et disposez les sections pour que ces caractéristiques soient formées par une seule pièce — sinon le modeleur prendra cette décision pour vous, sur des bases de commodité.
Modèle sur plaque modèle
Un modèle sur plaque modèle monte les moitiés supérieure et inférieure sur des faces opposées d’une seule plaque, indexées sur les mêmes broches de châssis, et c’est la référence dimensionnelle pour le moulage en sable ainsi que la disposition standard pour la production en volume.
Parce que les deux moitiés sont positionnées par la même plaque, la relation supérieur-inférieur est intégrée à l’outillage au lieu d’être rétablie à chaque fermeture. Dans l’étude dimensionnelle de la SFSA sur les pièces coulées en acier de production, l’utilisation de châssis supérieur et inférieur séparés au lieu d’une plaque modèle a ajouté 0,03 po (0,8 mm) d’étalement à 6σ.
L’état du modèle entraîne une pénalité de taille similaire : un modèle très mauvais coûte 0,04 po (1 mm) par rapport à un modèle en bon état. Une plaque modèle qui a fonctionné pendant des années sans être refaçonnée n’est pas automatiquement meilleure que des planches séparées bien entretenues.
Modèle en châssis supérieur et inférieur
Un modèle en châssis supérieur et inférieur place les deux moitiés sur des plaques séparées afin qu’elles puissent être moulées dans des châssis séparés, souvent sur des machines séparées, et assemblées à la fermeture. Il existe pour la taille et la manipulation — des pièces et des châssis trop grands pour être moulés pratiquement à partir d’une seule plaque.
C’est une solution de taille, pas une amélioration de précision. Les 0,03 po (0,8 mm) de variabilité ajoutée mentionnés sous les plaques modèles ci-dessus sont précisément le coût de l’abandon de la plaque modèle ; les planches séparées achètent la taille du châssis et la flexibilité de la ligne, et elles sont payées en tolérance.
Modèle avec système de coulée
Un modèle avec système de coulée relie plusieurs empreintes de modèle à un canal de coulée et un système d’alimentation communs, de sorte qu’un moule produit plusieurs pièces coulées et que le système de coulée est intégré à l’outillage au lieu d’être coupé à la main.
Le gain réside dans les moules par heure et la cohérence : chaque moule est alimenté de manière identique, donc le comportement d’alimentation ne dépend pas du mouleur qui a manipulé le châssis.
La limite est la taille. L’outillage avec système de coulée ne paie que lorsque plusieurs pièces tiennent dans un seul châssis, ce qui pour les pièces coulées en fer moyen et grand signifie le petit bout de la gamme — au-delà, une pièce par moule avec son propre système de coulée et de masselottage est la norme.
Modèle à pièces mobiles
Un modèle à pièces mobiles porte des sections amovibles qui restent dans le sable lorsque le corps principal est tiré, puis sortent séparément à travers la cavité, ce qui permet de mouler une contre-dépouille ou une projection latérale sans diviser davantage le modèle.
Le coût est la manipulation par moule. Chaque pièce mobile est placée, tassée autour et retirée à la main, donc le moulage est plus lent et la pièce peut se déplacer — ce qui place la variation directement sur la caractéristique qu’elle forme. Vérifiez si un noyau peut produire la même contre-dépouille avant d’en accepter une.
Modèle avec planche de support
Un modèle avec planche de support est moulé sur une planche profilée coupée pour correspondre au dessous du modèle, ce qui soutient le modèle pendant le tassage et établit une ligne de joint là où la forme elle-même n’offre aucun joint plat.
Il répond à deux problèmes : un modèle trop mince ou trop fragile pour survivre au tassage sans support, et un modèle irrégulier dont la surface de joint naturelle est courbe. La planche est de l’outillage, pas une partie de la forme de la pièce coulée — elle est utilisée pour fabriquer le châssis inférieur, puis remplacée par le châssis inférieur fini lorsque le châssis supérieur est tassé.
Modèle à balayage
Un modèle à balayage est une planche profilée tournée autour d’une broche fixe pour couper la cavité du moule directement dans le sable, donc aucun modèle complet n’est construit du tout. Il convient aux grandes formes circulaires et symétriques.
L’économie est tout l’intérêt. Pour une grande jante de volant ou une section d’anneau lourd en quantité d’une ou deux pièces, l’outillage est une planche et une broche plutôt qu’un modèle de la taille de la pièce.
Le prix est le temps de moulage et la compétence. La forme provient de l’opération du balayage par le mouleur plutôt que de l’outillage, et la géométrie est limitée à ce qu’un profil rotatif peut générer.
Modèle squelette
Un modèle squelette est une structure ouverte de nervures et de planches définissant le contour de la pièce coulée, avec du sable tassé et arasé entre les éléments pour compléter la forme. Il appartient aux très grandes pièces uniques où un modèle plein coûterait plus cher que la pièce coulée.
La précision vient du travail de lisseur du mouleur plutôt que de l’outillage, donc ce type convient lorsque la pièce est grande, la quantité faible, les tolérances généreuses, et qu’une surépaisseur d’usinage suffisante est prévue pour couvrir ce que le moule ne tient pas.
Modèle segmenté
Un modèle segmenté est une section d’une forme symétrique, moulée de manière répétée autour d’un centre pour construire la cavité complète — un grand anneau moulé, par exemple, comme un sixième de lui-même et indexé six fois.
Cela économise le même argent qu’un balayage et s’applique lorsque la forme est un segment répétitif plutôt qu’un simple profil de révolution. Cela comporte aussi la même faiblesse que l’outillage multipièce : chaque repositionnement est une nouvelle chance pour le segment de se placer légèrement de travers, et la cavité n’est aussi fidèle que la somme de ces réglages.
Comment choisir un modèle de coulée
La quantité détermine l’équipement du modèle, et la géométrie détermine la construction du modèle. Répondez à ces deux questions dans cet ordre et le tableau ci-dessous résout la plupart des cas.
La quantité vient en premier car elle achète directement la tolérance. La SFSA publie ses grades de tolérance pour le moulage en sable en deux ensembles, séries de production courtes et longues, et les grades de séries longues sont d’un grade CT complet plus serrés dans toutes les conditions — CT 10-12 au lieu de CT 11-13 pour les conditions qui couvrent la plupart des types de coulée et des procédés de moulage en sable.
Le matériau du modèle suit aussi la quantité. Le bois s’use et se déforme avec l’humidité et la température, et l’usure fait plus qu’élargir la dispersion — elle dérive la dimension moyenne sur une série, c’est pourquoi les surfaces d’usure sont recouvertes de métal et pourquoi les longues séries utilisent des modèles en métal sur des plaques rigides.
La géométrie définit ensuite la construction : si la forme se retire dans une direction, nécessite un joint, en nécessite plus d’un, ou présente des contre-dépouilles qu’un noyau ne peut pas former facilement. La taille et la quantité ensemble définissent le montage — libre, châssis supérieur et inférieur séparés, ou plaque modèle.
| Exigence | Choix courant |
|---|---|
| Coulée simple + production faible | Modèle monobloc |
| Coulée modérément complexe | Modèle divisé |
| Géométrie très compliquée | Modèle multipièce ou à pièces libres |
| Moulage en sable à grand volume | Modèle sur plaque à portée |
| Moulage mécanisé de grande taille | Modèle châssis supérieur et inférieur |
| Plusieurs pièces par moule | Modèle avec système de coulée |
| Moulage circulaire de grande taille | Modèle à balayage |
| Pièce de très grande taille et à faible volume | Modèle squelette |
| Pièce circulaire ou symétrique de grande taille | Modèle segmenté |
| Modèle mince ou fragile | Modèle sur planche de support |
Deux choses méritent d’être communiquées à la fonderie avant la soumission de l’outillage : la quantité annuelle réellement prévue et les dimensions critiques sur le dessin. La première détermine le matériau et le montage de l’outillage ; la seconde décide de l’emplacement du plan de joint et des caractéristiques maintenues sur une seule pièce d’outillage.
Conclusion
Les onze types sont trois décisions déguisées — comment le modèle est divisé, comment il est monté et de quoi il est fait. La division suit la géométrie, le montage suit la quantité et le matériau suit la durée pendant laquelle le modèle doit conserver ses dimensions.
Le seul chiffre à retenir : un modèle libre maintient environ le double de la plage de tolérance d’une plaque modèle métallique sur la même pièce dans le même sable. Cet écart est fixé lors de la commande de l’outillage, pas sur le sol de moulage.