Les procédés de moulage se divisent selon le moule et selon ce qui pousse le métal à l'intérieur. Le moule est soit consommable — sable, coquille céramique ou mousse, brisé après chaque coulée — soit une coquille métallique permanente qui est réutilisée, et le métal entre par gravité, sous pression appliquée ou par rotation. Ces deux choix déterminent presque tout ce qui importe à un acheteur : coût de l'outillage, tolérance, épaisseur de paroi et les alliages que le procédé peut utiliser.
Pour une pièce en fonte ou en acier de moyenne à grande taille, quatre des procédés ci-dessous sont des options viables — sable vert, sable à prise chimique, coquille et cire perdue. La plupart des autres sont des procédés pour l'aluminium, le zinc et le magnésium, car leurs coquilles ne peuvent pas survivre à une coulée ferreuse pour une production en série ; chaque section le précise là où cela s'applique.
| Procédé de coulée | Type de moule | Mieux adapté à | Principaux avantages |
|---|---|---|---|
| Coulée en sable | Moule en sable consommable | Pièces métalliques grandes ou complexes | Faible coût d'outillage, large gamme d'alliages |
| Moulage à la cire perdue | Moule en céramique consommable | Composants de précision | Excellente précision et finition de surface |
| Coulée sous pression | Coquille métallique permanente | Pièces non ferreuses à grand volume | Production rapide, excellente répétabilité |
| Moulage en coquille permanente | Moule métallique réutilisable | Pièces en aluminium à volume moyen/élevé | Meilleure finition que le moulage au sable |
| Coulée par gravité en coquille | Moule métallique réutilisable | Composants en aluminium et en zinc | Bonnes propriétés mécaniques |
| Coulée en coquille sous basse pression | Coquille métallique permanente | Roues et pièces structurelles en aluminium | Faible porosité, remplissage contrôlé |
| Coulée sous haute pression | Coquille en acier | Pièces en aluminium, zinc et magnésium à paroi mince | Taux de production très élevé |
| Moulage centrifuge | Moule rotatif | Tuyaux, manchons, bagues | Pièces moulées denses avec peu d'inclusions |
| Coulée continue | Moule continu | Billettes, brames, blooms | Extrêmement efficace pour la production de métal primaire |
| Moulage à modèle perdu | Modèle en mousse consommable | Pièces automobiles/industrielles complexes | Moins de plans de joint et de noyaux |
| Coulée en carapace | Coquille en sable enrobé de résine | Pièces de précision petites/moyennes | Meilleure précision que le moulage au sable conventionnel |
| Moulage en plâtre | Moule en plâtre | Pièces de précision en aluminium et non ferreuses | Surfaces lisses et détails fins |
| Coulée sous vide | Moule assisté par vide | Composants prototypes et spéciaux | Réduction des défauts gazeux |
| Coulée par compression | Coquille métallique avec pression | Pièces en aluminium à haute résistance | Faible porosité et propriétés mécaniques élevées |
| Coulée semi-solide | Coquille permanente | Composants structurels automobiles | Faible porosité et bon contrôle dimensionnel |
Coulée en sable
La coulée en sable enrobe un modèle de sable lié, retire le modèle et coule dans la cavité laissée ; le moule est détruit au décochage, c'est pourquoi ce procédé présente le coût d'outillage le plus faible, la gamme d'alliages la plus large et la gamme de tailles la plus étendue de tout ce qui figure sur cette page — de 100 g à 100 tonnes. C'est la voie par défaut pour la fonte grise, la fonte ductile et l'acier dans les tailles OEM : contrepoids, carters, corps de pompes et de vannes, brides.
Ce qui distingue un procédé de sable d'un autre, c'est le liant. Le sable vert (argile et eau) est le moins cher et le plus rapide mais le moins rigide ; le no-bake (résine et catalyseur, lié chimiquement) tient une dimension plus serrée et une section plus fine ; le shell (sable enrobé de résine durci sur un modèle chaud) resserre encore au prix d'un outillage en métal. Pour les pièces en acier, la comparaison s'établit comme suit :
| Green sand | No-bake (lié chimiquement) | Carapace | |
|---|---|---|---|
| Surface | Passable | Passable | Bonne |
| Section minimale | 1/4 po (6,4 mm) | 3/16 po (4,8 mm) | 5/32 po (3,9 mm) |
| Tolérance de base sur un cube de 1 po | ±0,030 po (0,76 mm) | ±0,020 po (0,51 mm) | ±0,008 po (0,20 mm) |
| Ajoutée sur le plan de joint | ±0,030 po (0,76 mm) | ±0,030 po (0,76 mm) | ±0,010 po (0,25 mm) |
| Coût du modèle | Faible | Faible | Élevée |
| Délai | Le plus court | Le plus court | Long |
Le tableau donne des valeurs comparatives, et non des tolérances de dessin ; un dessin indique un grade ISO 8062-3, et le grade que chaque méthode de moulage tient est un sujet à part. Prévoyez le stock d'usinage le plus important de tous les procédés ici — 3/16 à 3/4 po (5 à 19 mm), selon la taille et la méthode.
Coulée à la cire perdue
Moulage à la cire perdue construit une coquille céramique monobloc autour d'un modèle en cire, fait fondre la cire, et coule dans la coquille cuite, de sorte qu'il n'y a pas de plan de joint et que la tolérance est la plus serrée de tous les procédés à moule perdu — environ ±0,010 po (0,25 mm) sur une dimension de 1 po, s'élargissant à ±0,040 po (1,02 mm) à 10 po. Des tolérances premium de moitié sont disponibles, mais chacune coûte une opération supplémentaire.
La coquille trempée qui achète la précision fixe aussi les limites. Les pièces vont de quelques grammes à environ 5 kg, avec 100 kg comme plafond pratique ; les sections descendent à 1/16 po (1,6 mm) ; et la surface brute de coulée sur le carbone et de l’acier inoxydable est Ra 2,3–3,2 µm, suffisamment bonne pour laisser de nombreuses faces non usinées.
L'outillage de modèle est coûteux et le délai est le plus long des méthodes de moulage, il est donc rentable sur les petites pièces complexes en acier et en inox en quantités de production — garnitures de vannes, roues, corps de collecteurs — et non sur un carter qu'un moule en sable fabriquerait pour une fraction de l'outillage.
Coulée sous pression
La coulée sous pression injecte du métal en fusion dans une coquille en acier trempé sous pression et l'y maintient jusqu'à ce que la pièce soit solide ; c'est un procédé pour métaux non ferreux — aluminium, zinc, magnésium et alliages de cuivre — et c'est la coquille qui exclut le fer et l'acier. L'usure de la coquille augmente avec la température de coulée.
Le fer et l'acier coulent à une température bien plus élevée. La NADCA ne répertorie la coulée sous pression des métaux ferreux que comme travail à production limitée sur des coquilles en métaux réfractaires, donc pour un acheteur, ce n'est pas une voie de production.
La plupart des pièces coulées sous pression pèsent moins de 7 kg (15 lb). Si la pièce est un carter en aluminium en volume, coulée sous pression versus coulée en sable est une vraie question ; pour un carter en fer ou en acier, elle est déjà tranchée.
Coulée en coquille par gravité
La coulée en coquille par gravité verse le métal dans une coquille métallique réutilisable avec rien d'autre que la gravité — pas d'injection, pas de four sous pression — et le refroidissement rapide de la coquille métallique donne un grain plus fin, une meilleure surface (Ra 1,6–3,2 µm) et une dimension plus serrée (±0,1–0,2 mm) que le sable. Les coquilles sont généralement en fonte grise ou ductile, et le procédé est utilisé principalement pour l'aluminium : culasses, moyeux de roues, pistons, typiquement 4–6 kg avec un plafond autour de 200 kg.
Le fer et l'acier peuvent être coulés en coquille par gravité, mais seulement dans des coquilles en graphite, et la durée de vie de la coquille face à un bain ferreux est très courte. Les composants ferreux de freinage et hydrauliques existent en coulée en coquille par gravité ; dans les tailles de carter OEM, cependant, le coût de la coquille face à cette durée de vie ne se rentabilise pas, et la pièce reste dans un moule en sable.
Coulée basse pression
La coulée basse pression place la coquille au-dessus d'un four scellé et pousse le bain vers le haut dans un tube de montée avec 20–100 kPa de pression d'air, de sorte que la cavité se remplit par le bas, lentement (moins de 0,5 m/s) et sans turbulence. C'est là tout l'intérêt : le métal arrive propre, le tube sous pression continue d'alimenter pendant que la pièce se rétracte, et le rendement atteint 80–90% car il n'y a pas de masselottes ni de canaux à découper. Des parois descendant à environ 1 mm sont possibles.
Les coquilles sont en fonte grise, ce qui tranche la question des alliages : c'est un procédé pour aluminium, magnésium et alliages de cuivre, et le produit type est la roue routière en aluminium, suivie des blocs-cylindres.
Coulée haute pression
La coulée haute pression est ce que “ coulée sous pression ” signifie habituellement : un coup injecté dans la coquille à 10–175 MPa (1 500–25 000 psi), ce qui permet d'obtenir des parois descendant à 0,38 mm sur les petites pièces en aluminium, 2,7–4,5 mm sur les grandes, et le cycle le plus rapide de tous les procédés ici.
Le coût, c'est le remplissage lui-même. Le métal entrant aussi vite emprisonne l'air, donc la HPDC présente plus de porosité gazeuse que la coulée basse pression ; des variantes assistées par vide existent pour extraire cet air de la cavité avant le coup.
Les plafonds de taille sont d'environ 34 kg en zinc, 30 kg (environ 66 lb) en aluminium et 20 kg en magnésium. Un carter plus lourd que cela sort de ce que la coulée sous pression fait normalement, et rien de ferreux ne passe par une coquille à ces pressions.
Coulée en moule permanent
La coulée en moule permanent est le nom nord-américain de la coulée en coquille par gravité — le même moule métallique réutilisable, la même coulée par gravité, la même liste d'alliages à dominante aluminium ; ce à quoi ce nom est généralement associé, c'est la question du volume. Le moule est usiné en blocs de coquille appariés, préchauffé et serré, et il est réutilisé — jusqu'à 120 000 fois — de sorte que le coût de la coquille s'amortit sur la série ; le seuil habituel est d'environ 500 pièces.
Les parois doivent être supérieures à 3 mm (1/8 po) et inférieures à environ 50 mm (2 po), et une dimension qui traverse le plan de joint gagne 0,25 mm (0,010 po) de tolérance supplémentaire. Face à un bain ferreux, la durée de vie du moule qui rend le calcul de volume viable n'est pas au rendez-vous.
Coulée centrifuge
La coulée centrifuge fait tourner le moule — sable, métal ou céramique — assez vite pour maintenir le métal contre la paroi à 60–80 g, de sorte qu'un cylindre creux se solidifie de l'extérieur vers l'intérieur sans noyau et sans attaque ; c'est ainsi que sont fabriqués les tuyaux en fonte, les bagues, les manchons et les chemises de cylindre.
La rotation compacte la paroi et envoie tout ce qui est plus léger que le métal — laitier, oxyde, sable — vers l'alésage. “ Peu d'inclusions ” est donc vrai de la paroi après usinage de l'alésage : l'alésage est l'endroit où les impuretés sont allées, et elles doivent en sortir.
Les pièces vont jusqu'à 10 m de long, 173 cm de diamètre et 36 000 kg. Tout ce qui n'est pas un corps de révolution est une pièce coulée en sable ; là où les deux se chevauchent — brides, anneaux, bagues à paroi épaisse — la coulée en sable est l'alternative pour la comparer.
Coulée continue
La coulée continue n'est pas un moyen de fabriquer une pièce ; c'est la voie de l'aciérie de la poche à la billette, au bloom ou à la brame, et selon le décompte de l'industrie elle-même elle a produit 97,4% de l'acier brut mondial en 2025. L'acier liquide passe à travers un moule en cuivre refroidi à l'eau sans fond, forme une peau, et est tiré sous forme d'un brin qui est coupé à longueur ; le produit est semi-fini, et la tôle, la barre et les profilés à partir desquels un assemblage soudé est construit sont tous passés par là.
La coulée continue n'apparaît jamais sur un dessin de fabricant : vous spécifiez un produit laminé ou une pièce coulée de forme, et la coulée continue se situe en amont des deux.
Coulée à modèle perdu
La coulée à modèle perdu remplace le modèle par une réplique en polystyrène expansé qui est enduite de réfractaire, enfouie dans du sable non lié et laissée dans le moule ; le métal la vaporise à l'entrée, de sorte que la pièce coulée n'a pas de plan de joint, ne nécessite pas de noyaux même pour des passages internes fermés, et peut être dessinée avec presque aucune dépouille.
Des pièces coulées complexes jusqu'à 2 000 kg ont été réalisées sans noyaux, mais la plage habituelle est de 1–50 kg, et la paroi minimale est de 4–5 mm. L'économie repose sur l'outillage du modèle : les modèles en mousse sont moulés dans une matrice usinée à raison d'environ un par minute, et cette matrice est le coût fixe que la série doit amortir.
La fonte est coulée assez chaude pour vaporiser la mousse et peut être coulée de cette façon. L'acier est le problème : le polystyrène pyrolysé laisse du carbone qui diffuse dans la surface de la pièce coulée. Aux tailles et aux quantités de lot auxquelles les pièces OEM en fonte et en acier arrivent habituellement, la matrice en mousse est rarement rentable, et la pièce va dans un moule en sable.
Coulée en carapace
La coulée en carapace durcit une carapace de 6–9 mm de sable enrobé de résine — silice fine avec environ 5% de résine phénolique ou urée — contre une plaque modèle chauffée à 200–250 °C, et parmi les trois méthodes courantes de moulage en sable, elle tient la tolérance la plus serrée : la valeur de base de ±0,008 po (0,20 mm) dans le tableau de coulée en sable ci-dessus.
La carapace est mince, rigide et durcie à chaud, de sorte qu'elle ne cède pas quand le métal la frappe, et elle prend une surface plus lisse sur le modèle. La carapace maintient également la dépouille jusqu'à environ 1°, contre 2–3° pour les autres pièces coulées en sable.
Une pièce coulée en carapace qui saute une passe d'usinage est souvent moins chère que la pièce coulée en sable qu'elle remplace même si le modèle métallique coûte plus cher. La production est de 30–220 moules par heure. C'est un procédé pour petites et moyennes pièces ; une carapace de 6–9 mm n'est pas un moule pour un carter lourd.
Coulée par compression
La coulée par compression ferme une matrice métallique sur une dose mesurée de métal en fusion et maintient 30–110 MPa dessus jusqu'à ce que la pièce soit solide, de sorte que la porosité gazeuse n'a nulle part où se loger et la porosité de retrait est refermée sous pression ; la pièce coulée sort à grain fin et à densité proche de celle du forgeage dans une forme que le forgeage ne pourrait pas réaliser. Les attaques sont grandes et le métal est déplacé lentement pour éviter la turbulence, ce qui en fait l'opposé de la coulée sous pression : lente, à 5–30 coups par heure, et dense.
Les pièces vont de 2–50 kg avec des parois de 3–50 mm, une surface de Ra 0,4–3,2 µm, et des tolérances d'environ 0,2 mm par 100 mm avant traitement thermique. Commercialement, seuls les alliages d'aluminium sont coulés par compression — nuances de coulée et de forgeage pour les roues, les moyeux et les pistons.