Moulage à la cire perdue : procédé, avantages et applications

Le moulage à la cire perdue est l'un des procédés de moulage les plus répandus dans l'industrie. Les fabricants l'utilisent souvent car il offre de nombreux avantages, notamment une grande précision dimensionnelle, des surfaces lisses, la possibilité de traiter des conceptions complexes et une production rapide.

Dans cet article, nous vous expliquerons tout ce que vous devez savoir sur le moulage à la cire perdue. Nous décrirons brièvement l'histoire du moulage à la cire perdue et expliquerons en détail le procédé, en abordant ses utilisations, les propriétés des matériaux, ainsi que ses avantages et inconvénients.

Qu'est-ce que le moulage par investissement ?

La coulée à la cire perdue, également appelée « moulage à la cire perdue », consiste à utiliser un matériau semblable à de la cire pour produire un modèle consommable, puis à en créer une copie exacte. Ce procédé utilise des moules en céramique aux excellentes propriétés thermiques. Il permet ainsi de produire des pièces de forme quasi définitive avec une qualité de surface exceptionnelle.

Ses nombreux avantages et son adaptabilité en font un concurrent sérieux aux autres méthodes de moulage telles que moulage au sable et moulage sous pressionPour l’instant, continuons à en apprendre davantage sur le moulage par investissement.

Histoire de jeinvestissement Casting

Les hommes utilisent des méthodes similaires pour fabriquer des objets depuis plus de 5 000 ans. Des modèles en cire d'abeille pure étaient utilisés pour mouler des métaux tendres comme l'or et le cuivre. Les archéologues ont découvert des bijoux, des idoles et des œuvres d'art de cette époque, fascinants à observer.

À mesure que les connaissances sur le traitement des métaux progressaient, de nouvelles techniques de moulage ont été expérimentées. Cette technique a été perfectionnée à la fin du XIXe siècle, lorsqu'elle a été utilisée pour la fabrication d'appareils dentaires.

La Seconde Guerre mondiale a popularisé ce procédé. L'armée avait besoin d'un moyen de produire des pièces solides, précises et réutilisables. C'est ainsi que le procédé aujourd'hui connu sous le nom de moulage à la cire perdue a commencé à être amélioré.

Comment fonctionne le moulage par cire perdue ?

Au fil des ans, les fabricants ont travaillé dur pour perfectionner le procédé de moulage à la cire perdue afin de produire les meilleures pièces. Dans cette section, nous examinerons de plus près les six étapes.

Création du modèle maître

Un modèle en cire est une réplique exacte de la géométrie du produit fini. Le « maître-modèle » est la référence réutilisable pour le moulage. La cire, le bois, le métal et le caoutchouc de silicone sont les matériaux les plus couramment utilisés pour la création du moule du maître-modèle. Le choix du matériau dépend de la durée de vie du modèle et de la complexité de la conception. De plus, le degré de dilatation ou de contraction du matériau à chaud ou à froid, ainsi que la qualité de surface, sont également des facteurs à prendre en compte. À chaque cycle de moulage, l'opérateur crée un modèle en cire basé sur le modèle maître.

Aujourd'hui, les ingénieurs utilisent des méthodes de pointe, comme l'impression 3D ou le moulage à la cire perdue, pour créer des modèles. Autrefois, procédé de moulage sous pression était souvent utilisée pour créer des modèles en cire. Aujourd'hui, l'impression 3D est une nouvelle technologie qui gagne rapidement en popularité. Les ingénieurs apprécient l'impression 3D FDM pour son coût abordable et sa précision relativement élevée.

Assemblage du modèle en cire

L'étape suivante consiste à assembler tous les modèles créés précédemment dans un moule à cire perdue. Le modèle assemblé ressemble à un arbre, d'où son nom.

L'opérateur assemble ensuite le modèle à l'aide d'un réseau de portes/canaux/montées. Ce réseau permet au métal liquide de s'écouler facilement vers toutes les parties du moule.

Ce processus d'assemblage peut être réalisé manuellement ou automatiquement. Les fabricants peuvent opter pour l'assemblage manuel lorsque les quantités produites sont faibles ou lorsque chaque pièce présente une forme unique. En revanche, si le processus de moulage doit être répété, il est judicieux d'acquérir une cellule de production automatisée.

Application du matériau réfractaire (imprégnation)

L'opérateur applique ensuite une couche de matériau réfractaire sur le moule pour obtenir les propriétés souhaitées. Le processus de revêtement comprend plusieurs étapes d'imprégnation. Il fait tourner lentement l'arbre et le plonge à plusieurs reprises dans un mélange de barbotine céramique et de plâtre de sable. L'argile permet au moule de résister aux températures élevées, tandis que le plâtre le renforce.

Au fur et à mesure du trempage, la coque en céramique entourant le modèle en cire s'épaissit. Soyez particulièrement vigilant lors de la finition de la première couche initiale (également appelée noyau maître). Cela a un impact significatif sur la qualité et la forme de la pièce.

Ce processus est répété jusqu'à ce que la coque ait atteint l'épaisseur souhaitée. Dans la plupart des cas, l'épaisseur de la coque est comprise entre 9,5 et 12,7 mm. Cela dépend du matériau de moulage, de sa taille et de son poids. Si la pièce est lourde et que le métal a un point de fusion élevé, la coque doit être suffisamment épaisse pour résister aux températures et aux pressions élevées.

Déparaffinage

Lors du processus de décirage, la fusion permet d'extraire la cire de la coque d'argile. Pour chauffer et faire fondre la cire, les usines utilisent généralement un autoclave à vapeur ou un four à évaporation instantanée.

L'opérateur abaisse ensuite le moule afin que la cire fondue puisse s'écouler facilement. Le moule est chauffé dans l'autoclave pendant 12 heures à des températures allant de 90 °C à 175 °C, et la majeure partie de la cire s'écoule. Le moule est ensuite cuit à des températures plus élevées (jusqu'à 1 000 °C) pendant plusieurs heures afin d'éliminer les résidus de cire et d'eau.

Il s'agit d'une étape très importante du processus de moulage. En effet, la coque du moule peut présenter des défauts à haute température. Les ingénieurs cherchent généralement à éviter les fissures. C'est pourquoi, dans les usines de moulage à la cire perdue, le moule est généralement déciré par des méthodes respectueuses de l'environnement.

De plus, le traitement thermique du matériau réfractaire constitue un avantage secondaire de ce procédé. La coque devient plus résistante et donc moins susceptible de réagir avec le métal en fusion.

Préchauffage et coulage

À partir de ce moment, le processus de moulage à la cire perdue commence véritablement. Le moule est préchauffé afin d'éviter toute réaction trop rapide au contact du métal liquide chaud.

Le métal liquide est versé dans le moule de manière contrôlée, soit par un opérateur, soit par une machine. Il est important de maintenir un taux de remplissage constant afin d'éviter les défauts de coulée causés par les turbulences. De plus, si le métal en fusion est susceptible de réagir avec l'air, il est nécessaire de veiller à ce qu'il n'y ait pas d'air autour du moule. Une fois le remplissage terminé, le métal se solidifie et refroidit à l'intérieur du moule.

Post-traitement

Une fois le métal solidifié, le moule est brisé par un coup de marteau ou un jet d'eau. Une fois la pièce démoulée, elle subit une série d'étapes de semi-finition.

L'une des tâches consiste à fermer le système de coulée, car il ne fait pas partie du produit. Les surfaces rugueuses, les arêtes vives et autres défauts peuvent également être éliminés par meulage ou sablage. Fraisage CNC Le perçage et le fraisage sont deux procédés d'usinage qui permettent également d'usiner des trous et des surfaces. De plus, les pièces peuvent être soumises à divers traitements de surface pour obtenir la finition souhaitée.

Après le post-traitement, les pièces sont soumises à un contrôle qualité. L'équipe d'inspection utilise des méthodes telles que le ressuage pour détecter d'éventuels défauts tels que fissures et trous. Elle vérifie également d'autres facteurs de qualité tels que la résistance, la dureté, la géométrie et les limites dimensionnelles.

Différents types de matériaux de moulage à la cire perdue

L'un des principaux avantages du moulage à la cire perdue est sa compatibilité avec une large gamme de matériaux, notamment les métaux ferreux et non ferreux. Les pièces finales peuvent donc présenter des propriétés mécaniques différentes.

• AcierL'acier doux, l'acier à haute teneur en carbone et d'autres aciers alliés spéciaux sont particulièrement adaptés à la fonderie de précision. Les pièces en acier obtenues par moulage de précision sont utilisées dans de nombreux secteurs, tels que la construction navale, l'aéronautique et l'armée.
• Acier inoxydableL'acier inoxydable est solide, résistant à la rouille et présente une surface lisse et brillante. Les corps de pompe, les pièces de vanne, les engrenages et les bagues sont des pièces courantes.
• Aluminium UNlloysCes métaux sont légers, solides et résistants à la rouille. Les pièces en alliage d'aluminium sont principalement utilisées dans les avions et les automobiles.
• Nickel UNlloysLes alliages de nickel sont très résistants, ne rouillent pas et restent stables à haute température. Les pièces moulées à partir de ces métaux sont utilisées dans des environnements oxydants à haute température et peuvent supporter des contraintes élevées.
• Cobalt UNlloysCes alliages sont très résistants et ne s'usent pas, ne rouillent pas, ne réagissent pas chimiquement, ne surchauffent pas et ne refroidissent pas. Cet alliage haute performance est utilisé notamment dans les machines lourdes, la médecine et l'agroalimentaire.
• Casting jeRonLa fonte est extrêmement durable et très résistante. Elle est utilisée pour fabriquer des pièces électriques, des raccords de tuyauterie, des engrenages d'outils, etc.
• Cuivre UNlloysLes alliages de cuivre tels que le bronze et le laiton sont esthétiques, ont une résistance à la traction modérée et sont de bons conducteurs de chaleur. Ces métaux sont donc utilisés pour la plomberie, les radiateurs, les échangeurs de chaleur et d'autres composants.

Comment terminer des pièces moulées à la cire perdue

Après déparaffinage, la surface d'une pièce moulée à la cire perdue est quelque peu rugueuse. Cela est dû aux marques laissées par le noyau du moule en argile. La rugosité de surface de ces pièces est généralement de 125 Ra, mais des variations peuvent apparaître selon le matériau et la qualité du moule.

Il existe donc de nombreux traitements de surface permettant d'obtenir la surface lisse souhaitée. Certains procédés permettent d'obtenir une surface lisse en retirant de la matière. D'autres méthodes consistent à peindre la surface pour la lisser et masquer la rugosité sous une couche de peinture.

Le type de traitement de surface est choisi en fonction de facteurs tels que l'aspect souhaité, les tolérances dimensionnelles et les qualités mécaniques. Voici différentes méthodes de traitement de surface :

• Anodisation
• Polissage
• Peinture
• Revêtement en poudre
• Passivation

Utilisations du moulage à la cire perdue

Le procédé de moulage à la cire perdue peut être utilisé dans de nombreux domaines. Voici quelques applications courantes :

• Industrie de l'énergieCe procédé de fabrication est très utile dans le secteur de l'énergie. Les pales des éoliennes sont très grandes et lourdes ; elles doivent donc être très résistantes et présenter une surface lisse. L'un des avantages du moulage à la cire perdue est qu'il présente toutes ces propriétés.
• Construction navaleDans la construction navale, les pièces métalliques sont souvent produites par moulage à la cire perdue. Des alliages spéciaux sont utilisés pour fabriquer des plaques métalliques robustes. Ces plaques ne rouillent pas et peuvent être utilisées dans les navires et les sous-marins. Ce procédé est adapté à cette industrie car il est compatible avec de nombreux alliages métalliques.
• Aérospatial:Parce qu'il permet de traiter des formes complexes et une résistance élevée, ce procédé peut être utilisé pour fabriquer des pièces importantes de moteurs et de fuselages d'avions.
• Industrie médicaleCette méthode est utile dans le domaine médical, car elle permet de fabriquer de petites pièces avec un meilleur état de surface. Elle est notamment couramment utilisée dans les prothèses, les implants et les instruments chirurgicaux.
• Industrie automobileLe moulage par cire perdue permet de fabriquer des pièces hautes performances pour l'industrie automobile, telles que des pièces de transmission, des culbuteurs et des composants de groupe motopropulseur.

Avantages et inconvénients du moulage à la cire perdue

Comme les autres procédés de moulage, le moulage à la cire perdue présente des avantages et des inconvénients. Pour faire un choix éclairé, il est important de bien les connaître. Nous les aborderons plus en détail ci-après.

Avantages

Le Le procédé de moulage à la cire perdue présente de nombreux avantages, c'est pourquoi ces pièces moulées sont si populaires.

• Compatibilité avec les géométries complexes: Il peut traiter des géométries complexes, telles que des caractéristiques internes, des courbes prononcées, des parois fines et des canaux peu profonds. Tous ces éléments peuvent être fabriqués en une seule pièce. Il n'est donc pas nécessaire d'assembler des pièces fabriquées séparément, ce qui serait le cas avec d'autres méthodes de moulage.
• Finition de surface fineCe procédé de moulage permet d'obtenir une finition de surface allant jusqu'à 3 microns. Comparé au moulage au sable, le moulage à la cire perdue produit des résultats encore meilleurs. De plus, les pièces moulées à la cire perdue ne présentent pas de lignes de joint, ce qui les rend plus esthétiques.
• Grandes piècesCette méthode convient à des pièces de différentes tailles. Elle permet de traiter des pièces pesant de 100 grammes à une tonne. Elle permet également de fabriquer d'énormes pales de turbine ainsi que de minuscules instruments médicaux.
• Excellente précision dimensionnelleLe moulage à la cire perdue est un procédé de moulage quasi-fini, avec des tolérances de finition extrêmement faibles. Les pièces présentent une tolérance dimensionnelle exceptionnelle de +/- 0,075 mm après finition.
• Large gamme de matériauxCe procédé est très flexible et peut être utilisé avec une large gamme de matériaux. Il est adapté et précis à des matériaux tels que l'acier, les alliages de nickel et les alliages d'aluminium.

Inconvénients

D'un autre côté, le procédé de moulage à la cire perdue présente également des inconvénients. Toute personne impliquée dans le moulage doit en être consciente.

• Coûts élevés des outils et de l'équipementLes moules, les matrices et les machines (fours, machines de revêtement céramique) sont très coûteux. Ce procédé n'est donc pas adapté à la production en petites séries. Cependant, si le coût n'est pas votre principale préoccupation, il peut convenir à certaines productions en petites séries, par exemple pour la fabrication de pales d'éoliennes.
• Un processus hautement techniqueComme indiqué précédemment, le processus comporte de nombreuses étapes. Chaque étape requiert des compétences et des connaissances différentes. Chaque étape est sujette à erreur, ce qui peut s'avérer très coûteux pour une entreprise. Si vous souhaitez utiliser ce processus de casting, trouver les bonnes personnes et les rémunérer correctement peut s'avérer difficile.
• Prend du tempsLe processus de moulage peut être très lent en raison de ses nombreuses étapes. Certaines, comme le refroidissement et la finition, sont très longues. Par conséquent, les entreprises ayant besoin de pièces rapidement devraient également envisager d'autres méthodes de moulage lorsqu'elles recherchent des services de production.

Yonglihao Machinery propose des services de moulage sur mesure

Il est évident que le moulage à la cire perdue est un procédé très complexe. Il requiert des compétences et une expérience approfondies. Besoin de pièces moulées ? Yonglihao Machinery vous propose des services de moulage inégalés. Par exemple, le moulage à la cire perdue… moulage sous pression en chambre chaude, et moulage sous haute pression processus.

Yonglihao Machinery possède sa propre usine de fabrication. Nous sommes équipés d'équipements de moulage de pointe, ainsi que d'une équipe technique qualifiée et d'ingénieurs expérimentés. Nous sommes capables de produire des pièces rapidement et avec un haut niveau de qualité, offrant ainsi un service rapide et attentionné à nos clients.

FAQ

Quelle est la différence entre l’impression 3D et le moulage par cire perdue ?

Dans le moulage par cire perdue, le métal en fusion est coulé dans un moule préformé et laissé se solidifier. L'impression 3D est une technique de fabrication additive. Les technologies d'impression 3D telles que FDM et SLS construisent les pièces couche par couche.

La maîtrise du moulage à la cire perdue est longue. Cependant, ce procédé permet de traiter une large gamme de métaux et d'obtenir des finitions de surface parfaites. L'impression 3D en est encore à ses balbutiements et n'est pas aussi performante que le moulage pour la fabrication de pièces métalliques. La rugosité, la porosité et les irrégularités de surface sont quelques-uns des problèmes rencontrés par les pièces imprimées en 3D par rapport aux pièces moulées.

La différence entre le moulage à la cire perdue et le moulage au sable

Le moulage à la cire perdue permet de produire des pièces aux géométries très complexes et aux finitions de surface extrêmement soignées. En revanche, le moulage au sable est supérieur. En effet, ce procédé permet de produire de grandes quantités de pièces, réduisant ainsi les coûts. De plus, ce procédé permet également de produire des pièces de très grandes dimensions.

Le moulage à la cire perdue est-il respectueux de l’environnement ?

Oui. En fonderie de précision, la cire et le métal sont régulièrement récupérés et réutilisés dans d'autres procédés de moulage, évitant ainsi le gaspillage de matière. Cependant, la fonderie de précision consomme de l'énergie et produit des fumées nocives pour l'environnement. Cependant, ces problèmes peuvent être minimisés grâce à une bonne maîtrise des fumées et à une bonne élimination des déchets.