Choisissez le moulage en sable pour toute pièce qui n'est pas un simple corps de révolution, et le moulage centrifuge pour les tubes, manchons, bagues et chemises dont la valeur réside dans la solidité de la paroi. Si le dessin comporte une bride boulonnée, un orifice latéral, une patte de fixation ou un passage noyé qui ne suit pas l'axe, c'est un moulage en sable. Si le dessin est essentiellement un diamètre extérieur, un diamètre intérieur et une longueur, et que la série est assez longue pour amortir un moule en acier, c'est un moulage centrifuge.
Le volume et la spécification du matériau tranchent les cas intermédiaires. Un moule en acier rotatif est un outillage qu'une courte série ne peut pas amortir, donc les courtes séries de pièces cylindriques sont encore moulées en sable autour d'un noyau, et certaines spécifications de produits — les normes de tuyaux moulés par centrifugation avant tout — désignent le procédé pour vous.
Qu'est-ce que le moulage en sable ?
Le moulage en sable forme un moule jetable en sable aggloméré autour d'un modèle, installe des noyaux pour les passages internes, et coule le métal à travers un système de coulée qui alimente la pièce depuis des masselottes pendant la solidification. La forme n'est limitée que par ce qu'un modèle peut tirer et ce qu'un noyau peut installer, c'est pourquoi les carters, corps, supports et contrepoids sont des moulages en sable.
Le prix de cette liberté se paie dans le métal. Le sable conduit mal la chaleur, donc la pièce gèle lentement et depuis les surfaces qui refroidissent en premier plutôt que dans une direction ; le grain est plus grossier, et tout point chaud isolé se rétracte sans métal d'alimentation à moins qu'une masselotte ou un refroidisseur n'y ait été placé. Les moulages en sable sains proviennent d'une coulée et de masselottes conçues — refroidisseurs, dimensionnement des masselottes, simulation de solidification — pas du procédé lui-même.
Qu'est-ce que le moulage centrifuge ?
Le moulage centrifuge coule le métal dans un moule tournant autour de son propre axe, et la rotation — réglée pour maintenir le métal contre la paroi à environ 60 à 80 fois la gravité — forme l'alésage sans noyau. Le moule est généralement un tube en acier préchauffé et revêtu de céramique avec des extrémités bouchées ; des moules en sable sont utilisés pour les très grandes pièces ou les séries uniques.
Trois choses se produisent dans cette paroi en rotation qu'un moule en sable statique ne peut pas reproduire. Le métal gèle depuis la paroi froide du moule vers l'intérieur dans une direction, donc le grain est cohérent à travers la paroi. Le liquide encore sur l'alésage alimente le front de solidification, donc la porosité de retrait n'est pas piégée dans la paroi et il n'y a pas de masselottes à dimensionner. Et les inclusions plus légères et le gaz sont projetés vers l'axe, où ils se collectent sur l'alésage.
Cet alésage est ensuite usiné. Un moulage centrifuge porte toujours une surépaisseur d'usinage sur le diamètre intérieur, car le diamètre intérieur est là où le procédé a placé les impuretés ; la paroi propre et dense que vous achetez est celle qui reste après cette coupe.
Le moulage centrifuge véritable fabrique des tubes et des bagues — des tubes filés horizontalement pour que la paroi soit uniforme d'un bout à l'autre, des bagues filées verticalement. Le moulage semi-centrifuge fait tourner un moule complet, moyeu et jante, autour d'une masselotte centrale ; les roues et poulies sont le cas classique, et le moyeu est la partie la moins dense du moulage.
Différences entre le moulage en sable et le moulage centrifuge
Chaque différence dans le tableau découle d'un fait : le moulage en sable forme toute la forme avec de l'outillage et l'alimente avec des masselottes, tandis que le moulage centrifuge forme l'alésage par rotation et alimente la paroi depuis son propre noyau liquide. C'est pourquoi un procédé gagne sur la géométrie et l'autre sur la solidité de la paroi, et pourquoi aucun n'est “ plus précis ” d'une manière qu'une classe de tolérance capturerait.
| Facteur | Coulée en sable | Moulage centrifuge |
|---|---|---|
| Principe de base | Le métal en fusion est coulé dans un moule en sable | Le métal en fusion est coulé dans un moule rotatif |
| Forme typique de pièce | Presque toute géométrie | Pièces cylindriques ou à symétrie de révolution |
| Moule | Moule en sable jetable | Généralement moule métallique permanent |
| Noyaux | Souvent requis pour les cavités | Souvent inutiles pour les pièces cylindriques creuses |
| Précision dimensionnelle | Moderate | Bonne |
| État de surface | Plus rugueux | Meilleur, surtout sur les surfaces extérieures |
| Propriétés mécaniques | Bonnes, mais dépendent fortement du contrôle du procédé | Souvent excellentes grâce à la structure dense |
| Risque de porosité | Moderate to high | Généralement plus faible dans les régions extérieures critiques |
| Cadence de production | Low to medium | Medium to high |
| Coût d'outillage | Faible | Plus élevé |
| Flexibilité de taille de pièce | Très élevée | Principalement limité aux formes de révolution |
| Meilleur volume de production | Prototypes à production de volume moyen | Composants cylindriques de volume moyen à élevé |
Deux rangées doivent être qualifiées avant d’être mises sur un dessin. Une précision “ modérée ” pour la coulée en sable signifie, selon les données de production de la SFSA pour les pièces moulées en acier, CT 10–12 pour la plupart des pièces en production de longue série et CT 12–14 sur les grandes pièces moulées. Une précision “ bonne ” pour la coulée centrifuge n’a aucune classe derrière elle : les tableaux de tolérances par procédé, ceux de la SFSA et de l’ISO 8062, ne répertorient pas du tout ce procédé.
La ligne de finition de surface est similaire. Le diamètre extérieur brut d'un moulage centrifuge est réellement meilleur qu'une surface en sable, mais si votre pièce nécessite un alésage fini, vous l'usinez sous l'un ou l'autre procédé ; la différence est la quantité de surépaisseur enlevée et ce qui part avec elle.
La taille n'est pas ce qui limite le moulage centrifuge — c'est la forme. Des moulages centrifugés ont été fabriqués de 10 m de long, 1,73 m de diamètre extérieur et 36 000 kg, donc un grand cylindre simple n'est pas poussé vers le moulage en sable par sa taille seule. Un grand cylindre avec une bride boulonnée à une extrémité est une autre affaire.
Quand devriez-vous choisir le moulage en sable ?
Choisissez le moulage en sable lorsque la géométrie est plus qu'un diamètre extérieur, un diamètre intérieur et une longueur, ou lorsque la série est trop courte pour amortir le coût d'un moule en acier rotatif. Un corps de pompe avec une volute et une bride fendue, un corps de vanne avec des orifices latéraux, un carter de boîte de vitesses avec des alésages sur deux axes, un contrepoids avec un œil de levage coulé — chacun nécessite un noyau ou une caractéristique de modèle qu'un moule rotatif ne peut pas former, et chacun est couramment coulé en de la fonte ductile, fonte grise et de l’acier au carbone selon ASTM A536, A48 et A216, dont aucun ne présuppose un procédé.
Les pièces rondes tombent aussi de ce côté lorsqu'elles portent quelque chose hors de l'axe ou que le volume est faible. Un volant avec un moyeu et des rayons ou un carter de roulement avec une bride de montage peut être filé comme un moulage semi-centrifuge, mais le moule permanent ne paie qu'à des volumes que la plupart des pièces OEM n'atteignent jamais ; en dessous, ce sont des moulages en sable avec un alésage noyé, et l'alésage porte une surépaisseur d'usinage dans les deux cas.
Quand devriez-vous choisir le moulage centrifuge ?
Choisissez la coulée centrifuge lorsque la pièce est un tube, un manchon, une bague ou un chemisage dont l’exigence critique est une paroi saine et sans inclusions — tuyaux sous pression, chemisages d’usure, manchons de palier, coquilles de laminoir, cylindres — et que le volume justifie un moule en acier. Souvent, la spécification a déjà choisi pour vous : ASTM A426 et A451 sont rédigés pour les tuyaux en acier allié ferritique et austénitique coulés par centrifugation, et ANSI/AWWA C151/A21.51 pour les tuyaux en fonte ductile coulés par centrifugation de 3 à 64 pouces. Un dessin qui fait référence à l’une de ces normes n’est pas une demande de devis pour la coulée en sable, même si une fonderie de sable pourrait vouloir le lire.
Prévoyez d’usiner l’alésage dans tous les cas et généralement le diamètre extérieur, et planifiez la géométrie autour de l’axe : les bagues vont sur une machine verticale, les tubes sur une horizontale, et toute bride, porte ou bossage hors axe doit être soudé ou usiné à partir d’une paroi plus épaisse. C’est ce dernier point qui inverse silencieusement le calcul des coûts. Un tube simple qui gagne une bride boulonnée à une extrémité est souvent moins cher en coulée en sable avec un alésage noyauté qu’en tube filé plus une bride soudée — surtout en fonte ductile, où la soudure est un problème en soi.
Conclusion
La forme décide d’abord, le volume ensuite, les propriétés en troisième. Une pièce qui est un diamètre extérieur, un diamètre intérieur et une longueur, en une quantité qui justifie un moule en acier ou sous une spécification rédigée pour des tuyaux filés, appartient à un fondeur centrifuge ; tout ce qui a une caractéristique hors axe, et toute courte série, est une coulée en sable. Les avantages de la centrifugation sont réels mais limités — une paroi plus dense et plus propre et un alésage que vous usinerez de toute façon — alors ne payez pas pour eux sur une pièce qui n’en a pas besoin, et n’acceptez pas une coulée en sable pour un tuyau sous pression simple là où la spécification exige du filé.