Moulage en coquille

Du métal coulé par gravité dans un moule en acier réutilisable

Le moulage en coquille verse du métal en fusion, généralement par gravité, dans un moule en acier ou en fonte qui est ouvert et réutilisé des milliers de fois. Les pistons de voitures et de nombreuses jantes et culasses en aluminium sont faits ainsi. Il se place entre le moulage en sable et la fonderie sous pression : de meilleures pièces que le sable, un outillage bien moins cher que la fonderie sous pression.

Photo : U.S. National Archives, Public domain, via Wikimedia Commons

Moulage en coquille · enduire, couler, ouvrirLisez les trois vignettes de gauche à droite ; les numéros cerclés correspondent aux étapes ci-dessous.

Comment ça marche

Enduire et préchauffer le moule. Les deux moitiés en acier sont enduites par pulvérisation d'un fin revêtement céramique, qui les protège et ralentit le refroidissement. Elles sont gardées chaudes, typiquement vers 200 à 400 °C, pour que le métal ne se fige pas trop tôt.
Placer les noyaux et fermer. Les noyaux (inserts qui forment les trous et les creux) sont mis en place. Ils peuvent être en acier, retirés après chaque cycle, ou en sable, cassés ensuite. Les moitiés se serrent l'une contre l'autre le long du plan de joint.
Couler. Du métal en fusion, le plus souvent de l'aluminium, est versé d'une poche dans la descente de coulée. La gravité remplit l'empreinte ; certaines machines inclinent le moule pour le remplir en douceur, et les machines basse pression poussent le métal par le bas.
Le laisser refroidir dans le moule. L'acier évacue vite la chaleur, donc le métal se fige en environ une minute ou quelques minutes. Un refroidissement rapide donne des grains fins (petits cristaux) et un métal plus résistant qu'en moulage en sable.
Ouvrir et retirer la pièce coulée. Les moitiés s'ouvrent, les noyaux sont retirés et la pièce coulée est sortie. La descente de coulée est coupée, et le moule est prêt pour le cycle suivant.

Chiffres clés

Matériaux: Surtout des alliages d'aluminium et de magnésium, aussi des alliages de cuivre (laiton, bronze) et un peu de fonte
Pièces typiques: Pistons, jantes en aluminium, culasses, carters d'engrenages et de pompes, étriers de freins, ustensiles de cuisine
Taille de pièce: Typiquement d'environ 100 g à environ 50 kg
Précision: Environ ±0,3 à ±0,5 mm sur un détail de 100 mm
État de surface: Assez lisse : Ra (rugosité moyenne) d'environ 2,5 à 6 µm
Taille de série adaptée: Volume moyen à élevé : de quelques milliers à des centaines de milliers de pièces par an
Coût d'outillage et de machine: Les moules en acier coûtent environ dix mille à cent mille dollars ou plus
Vitesse: Quelques minutes par pièce et par moule ; plusieurs moules tournent souvent côte à côte

Atouts et limites

Atouts

Meilleure précision et surfaces plus lisses que le moulage en sable
Le refroidissement rapide donne un grain fin et une bonne résistance
Peu de soufflures, donc les pièces peuvent être traitées thermiquement et soudées
Les moules durent de milliers à plus de cent mille pièces

Limites

Le moule est coûteux, donc les petits lots ne sont pas rentables
Surtout limité aux alliages d'aluminium, de magnésium et de cuivre ; l'acier est trop chaud pour le moule
Les formes doivent sortir d'un moule rigide, donc les contre-dépouilles demandent des noyaux
Plus lent que la fonderie sous pression, et les parois doivent être plus épaisses, environ 3 à 4 mm au minimum

Où on l'utilise

AutomobilePistons, culasses, jantes, étriers de freins, pièces de suspension
Aéronautique et défenseBoîtiers et supports en alliages d'aluminium
MachinesCorps de pompes, carters d'engrenages, pièces hydrauliques
PlomberieCorps de vannes et raccords en laiton et en bronze
Articles pour la maisonUstensiles de cuisine en aluminium coulé, pièces de lampes et de meubles

Comment le reconnaître

Une surface assez lisse et légèrement mate : bien plus fine que le moulage en sable, un peu plus rugueuse que la fonderie sous pression.
Un plan de joint net et droit là où les moitiés en acier se sont rejointes.
Des parois plus épaisses que sur une pièce de fonderie sous pression, souvent 4 mm ou plus.
Un moignon coupé de la descente de coulée, souvent sur une section épaisse de la pièce.

À comparer avec

Moulage en sable1.1le moule est fait de sable et détruit à chaque fois ; moins cher pour les petits lots, mais plus rugueux.Fonderie sous pression1.4aussi un moule en acier réutilisable, mais le métal est injecté sous haute pression, donc c'est plus rapide et fait des parois plus minces.Coulée centrifuge1.5un moule métallique en rotation utilise la force au lieu de la gravité pour remplir et tasser le métal.

À regarder

THORS eLearning Solutions · Une explication animée pour débutants du moulage en coquille par gravité

Densen_casting · Une fonderie de production qui verse de l'aluminium dans des moules en acier, cycle après cycle

Kurtz Casting Solutions · Comment des robots font tourner des cellules de coulée par gravité automatisées

Kurtz Casting Solutions · La variante basse pression, où le métal est poussé vers le haut dans le moule par le bas

Voir de vraies photos

Wikipédia : Moulage en coquille — variantes par gravité, par barbotine, basse pression et sous vide, matériaux de moules et produits
Recherche de photos sur Wikimedia Commons

À retenir

Le moule est en acier ou en fonte et est réutilisé des milliers de fois.
C'est la gravité (ou la basse pression) qui le remplit, pas une injection à haute pression.
Meilleur et plus résistant que les pièces de moulage en sable, outillage moins cher que la fonderie sous pression.