La construction d’un moule de fonderie sous pression est une discipline de précision qui intègre la conception mécanique, la métallurgie, la gestion thermique et les technologies d’usinage. Chaque choix constructif influe directement sur la durée de vie du moule, sur la stabilité dimensionnelle de la pièce moulée et sur la répétabilité du procédé. Les étapes techniques clés sont analysées ci-dessous selon une approche pratique, orientée vers l’atelier et le bureau d’études.
- Définition de la géométrie et décomposition fonctionnelle
La construction commence par la décomposition du moule en sous-ensembles fonctionnels, chacun ayant des exigences spécifiques :
Porte-moule (partie fixe et mobile)
Inserts de cavité et de noyau
Coulisseaux latéraux et blocs mobiles
Systèmes d’éjection, de refroidissement, d’alimentation et d’éventage
Le choix entre inserts intégrés ou rapportés est crucial :
Inserts rapportés : permettent une maintenance ciblée et des remplacements localisés.
Inserts monoblocs : garantissent une plus grande rigidité, mais augmentent les coûts et les délais en cas de réparation.
La ligne de séparation (plan de joint) doit être conçue pour minimiser les bavures, garantir une fermeture stable sous charge et réduire les opérations de finition après moulage.
- Choix des matériaux
La sélection des aciers est l’un des facteurs les plus critiques. Les matériaux doivent être choisis en fonction de l’alliage à couler, du cycle thermique prévu et de la durée de vie requise.
Aciers 1.2343 / 1.2344 (H11 / H13) : standard pour les inserts de cavité ; offrent un excellent compromis entre résistance thermique, ténacité et usinabilité.
Acier 1.2367 : indiqué pour les zones soumises à de fortes sollicitations thermo-mécaniques.
Aciers traités et revenus : utilisés pour les porte-moules et les plaques structurelles.
Paramètres d’évaluation : résistance à la fatigue thermique (heat checking), conductivité thermique, réponse aux traitements de surface et stabilité dimensionnelle après trempe.
- Surépaisseurs et tolérances
Lors de la construction, il est essentiel de planifier correctement les retraits dimensionnels cumulés et les déformations dues au traitement thermique.
Surépaisseur typique pour les cavités : +0,3 / +0,5 mm.
Finition : les rectifications finales doivent être effectuées uniquement après le traitement thermique.
Ajustements : pour les coulisseaux et les guides, des tolérances H7–H8 sont recommandées, avec des jeux calibrés pour compenser les dilatations thermiques.
Remarque importante : des tolérances trop serrées provoquent souvent des grippages en fonctionnement à chaud.
- Système d’alimentation et d’éventage
Les canaux d’alimentation doivent garantir une continuité géométrique et des sections progressives sans arêtes vives.
Usinage : des cycles CNC avec des outils dédiés sont recommandés afin d’éviter les micro-marches.
Polissage : doit être fonctionnel (orienté selon le flux), et non purement esthétique.
Évents : essentiels pour la qualité. Profondeur typique 0,02–0,05 mm (selon l’alliage), avec une largeur progressive vers l’extérieur pour faciliter l’évacuation des gaz.
- Régulation thermique (Refroidissement)
Le refroidissement est la partie la plus complexe à réaliser. Un perçage incorrect est souvent irréversible.
Géométrie : maintenir une distance uniforme par rapport à la surface de la cavité et éviter les « zones mortes ».
Solutions avancées : utilisation de circuits conformes (conformal cooling) ou d’inserts en alliages à haute conductivité (par ex. cuivre-béryllium) dans les zones thermiquement critiques.
- Système d’éjection
Il doit garantir une répartition uniforme des forces afin d’éviter les flexions ou ruptures de la pièce moulée.
Composants : broches d’éjection trempées et rectifiées, guides polis et traités.
Jeu fonctionnel : les jeux entre la broche et l’alésage doivent tenir compte de la température de fonctionnement ; un ajustement parfait à froid peut se bloquer à chaud.
- Assemblage et vérifications finales
L’assemblage constitue la vérification fonctionnelle finale. Les contrôles essentiels comprennent :
Planéité des surfaces de fermeture (vérification au bleu de Prusse).
Coulissement des coulisseaux et des mouvements mécaniques (essais à sec).
Contrôle dimensionnel 3D des cavités par rapport au modèle mathématique.
Conclusion technique
La qualité d’un moule de fonderie sous pression ne dépend pas d’un seul choix, mais de la cohérence technique de toutes les phases de construction. Des matériaux appropriés, des tolérances fonctionnelles, un refroidissement bien conçu et un assemblage précis sont ce qui distingue un moule « fonctionnel » d’un moule industriel, stable et durable.
