Stabilité dimensionnelle et précision des pièces moulées par cire perdue

L’un des principaux objectifs des ouvriers du moulage par précision est toujours d’améliorer en permanence la précision dimensionnelle des moulages par précision et de réduire les déchets causés par l’aberration dimensionnelle.

1. Stabilité dimensionnelle du moule en cire et ses facteurs d'influence

La figure 1 montre les résultats obtenus par le professeur Robert C. Voigt de l'Université de Pennsylvanie après avoir suivi et mesuré 29 types de pièces moulées à la cire perdue. On peut voir que dans la plupart des cas, lorsque la taille du moule en cire fluctue considérablement, la taille des fluctuations de la pièce moulée est également importante et les exceptions sont rares. D'un point de vue global, la fluctuation de taille du moule en cire représente 10 à 70 % de la fluctuation de taille de la pièce moulée.

Figure 1 Comparaison des variations de taille entre le moulage de précision et le moule en cire

Remarque : σ – écart type

Les paramètres du processus ont une influence décisive sur la stabilité dimensionnelle du moule en cire. Les principaux facteurs sont les suivants :

1) Température de pressage de la cire

L'influence de la température de pressage de la cire varie selon les moules (voir la figure 2). Comme le montre la figure 2, lorsqu'un moule à base de cire est utilisé, l'influence de la température de pressage de la cire sur la stabilité dimensionnelle du moule à cire est très sensible, tandis que l'influence du moule à base de résine est faible.

2) Pression d'injection

Comme on peut le voir sur la figure 3, le taux de rétrécissement du moule en cire diminue considérablement lorsque la pression est faible et que la pression augmente. Cependant, lorsque la pression augmente dans une certaine mesure (> 1,6 MPa), la pression n'a pratiquement aucun effet sur la taille du moule en cire.

Température de pressage de la cire /℃

FIG. 2 Relation entre la température de pressage de la cire et le retrait du moule en cire

Pression d'injection / MPa

FIG. 3 Relation entre la pression d'injection et le retrait du moule en cire

3)Vitesse d'écoulement

La vitesse d'écoulement du moule peut être modifiée de deux manières différentes, mais l'impact sur la taille du moule en cire n'est pas le même : en modifiant la vitesse d'écoulement du réglage de la presse à cire, cette méthode a moins d'effet sur le taux de rétrécissement du moule en cire. Cependant, elle a une influence importante sur le remplissage et la qualité de surface des moules en cire avec des pièces à parois minces complexes ou avec un noyau. En modifiant la section transversale de l'embouchure d'injection de cire, cette méthode a un impact plus important, car l'augmentation de la section transversale de l'embouchure d'injection de cire peut non seulement réduire la température de pressage de la cire, mais également prolonger le temps de solidification du matériau du moule au niveau de l'embouchure d'injection de cire, augmentant ainsi le degré de compaction du moule en cire, réduisant le taux de rétrécissement et le rétrécissement de surface.

4) Temps d'injection

Le temps d'injection sous pression comprend ici trois périodes de remplissage, de compactage et de maintien. Le temps de remplissage désigne le temps pendant lequel le moule est rempli par les compressions.

Le compactage fait référence au temps écoulé entre la pleine pression et la fermeture de la buse de cire ; le maintien fait référence au temps écoulé entre la fermeture de la buse et l'étirage du moule.

Le temps d'injection a un effet significatif sur le taux de retrait du moule en cire (Figure 4), car l'augmentation du temps d'injection peut entraîner l'introduction d'une plus grande quantité de matériau de moulage dans la cavité, et le moule en cire sera plus compacté, réduisant ainsi le taux de retrait. Cela peut être démontré par l'augmentation du poids du moule en cire avec l'allongement du temps de compactage (voir Figure 5). Le temps de compactage doit être approprié, si le temps de compactage est trop long, le matériau du moule au niveau de l'embouchure d'injection de cire est complètement solidifié et le compactage ne fonctionnera pas. On peut également voir sur la Figure 4 que lorsque le temps d'injection est relativement court (15-25 s), la température de pressage de la cire augmente et le taux de retrait augmente, mais lorsque le temps d'injection est prolongé à 25-35 s (en fait, le temps de compactage est prolongé en partant du principe que le temps de remplissage reste constant), l'influence de la température de pressage de la cire devient plus faible. Lorsque le temps d'injection est augmenté à plus de 35 s, la situation inverse se produit, c'est-à-dire qu'à mesure que la température de pressage de la cire augmente, le taux de rétrécissement du moule en cire diminue (voir la figure 5). Ce phénomène peut s'expliquer par le fait que l'augmentation de la température du moule et l'allongement du temps de compactage ont le même effet que l'augmentation du degré de compactage du moule en cire.

5) Température de moulage et équipement de pressage de la cire

Le moule en cire refroidit lentement et le taux de retrait augmente avec la température de moulage élevée. En effet, le moule en cire est toujours dans la presse avant que le moule ne soit étiré et le retrait est limité, et après que le moule soit transformé en retrait libre. Par conséquent, si la température du moule est élevée, le taux de retrait final est élevé, et inversement, le taux de retrait est faible.

De même, le système de refroidissement de la presse à cire peut avoir un impact d’environ 0,3 % sur la taille du moule à cire.

Enfin, il convient de souligner que lorsque le matériau de moulage à base de cire est utilisé, la pâte de cire est un système de coexistence triphasique solide, liquide et gazeux. Le rapport volumique entre les trois phases a une grande influence sur la taille du moule en cire. La relation proportionnelle entre les trois ne peut pas être contrôlée dans la production réelle, ce qui est également une raison importante de la faible stabilité dimensionnelle du moule en cire pressé avec un moule à base de cire.

FIG. 4 Effets globaux du temps d'injection et de la température de la cire sur le retrait du moule en cire

Temps d'injection/s

FIG. 5 Influence du temps de pressage sur le degré de compaction du moule en cire

2. Influence du matériau de la coque et du procédé de fabrication de la coque sur la stabilité dimensionnelle des pièces moulées

L'influence de la coque sur la taille des pièces moulées est principalement due à la dilatation thermique, à la déformation thermique (fluage à haute température) et à la contrainte (entrave) de la coque sur le retrait de refroidissement des pièces moulées.

1) Dilatation thermique de la coque

Cela dépend principalement du matériau de la coque. Le taux de dilatation des différents matériaux réfractaires est différent. Parmi les matériaux réfractaires couramment utilisés, le taux de dilatation du quartz fondu est le plus faible, suivi du silicate d'aluminium, et la silice est la plus grande et inégale. Après avoir testé pour déterminer la coque en silicate d'aluminium à partir d'un chauffage à température ambiante à 1000 ℃, la coque peut produire une dilatation d'environ 0,25 %, la proportion du retrait global de la taille de la pièce moulée n'est pas grande, donc si de tels réfractaires sont utilisés, la coque a une bonne stabilité dimensionnelle, comme l'utilisation de quartz fondu sera sans aucun doute meilleure. Cependant, si de la silice est utilisée, la taille de la coque fluctue considérablement.

2) Déformation thermique

Par exemple, le degré de fluage de la coque avec du verre soluble comme liant est significativement supérieur à celui du sol de silice et de la coque en silicate d'éthyle à haute température supérieure à 1000℃.

Bien que le corindon fondu lui-même ait une réfractarité élevée, en raison de la présence d'impuretés telles que l'oxyde de sodium, la température de cuisson de la coque supérieure à 1000℃ peut également produire un fluage, entraînant une mauvaise stabilité dimensionnelle.

3) Les contraintes de la coque sur le retrait de la pièce moulée - la conciliation et la plénitude de la coque dépendent principalement du matériau de la coque.
En résumé, l'influence de la coque sur la fluctuation de la taille de la pièce moulée est principalement due au matériau réfractaire, mais le rôle du liant ne peut être ignoré. En revanche, l'impact du processus de fabrication de la coque est moindre.

3. L'influence des contraintes sur la stabilité dimensionnelle causée par le refroidissement inégal des pièces moulées
La vitesse de refroidissement de chaque pièce de la pièce moulée (y compris le système de coulée) est différente et la contrainte thermique provoque une déformation de la pièce moulée, ce qui affecte la stabilité dimensionnelle. Ce phénomène se produit souvent dans la production réelle. La réduction de la vitesse de refroidissement des pièces moulées et l'amélioration de la combinaison des carottes sont des mesures préventives efficaces.