Le processus de moulage à la cire perdue, également connu sous le nom de moulage de précision ou de moulage à la cire perdue, implique la formation d’un moule en céramique à partir d’un modèle en cire. Les modèles en cire sont fabriqués dans la forme exacte de l’article à couler. La cire est ensuite recouverte de céramique réfractaire. Une fois que le matériau céramique durci a été retourné, la cire fond et s’évacue. Les coquilles céramiques durcies deviennent des moules d’investissement jetables. Le métal en fusion est versé dans le moule et laissé refroidir. Le moulage métallique est ensuite retiré du moule usagé. Le processus de « moulage » (enfermement) d’un modèle avec des matériaux réfractaires est appelé moulage à la cire perdue. Les avantages du moulage à la cire perdue par rapport à d’autres méthodes de moulage incluent des détails fins et des finitions de surface excellentes en l’état. Il est également possible de réaliser des pièces moulées avec des parois fines et des passages internes complexes. Le moulage à la cire perdue ne nécessite pas de dépouille, contrairement au moulage au sable.

La qualité du processus peut produire des pièces moulées nettes ou presque nettes, entraînant des économies importantes sur les coûts de matériel, de main-d’œuvre et d’usinage pour le client. Il peut être réalisé avec la plupart des métaux courants, tels que l’aluminium, le bronze, le magnésium, l’acier au carbone et l’acier inoxydable. Des pales de turbines, des équipements médicaux, des composants d’armes à feu, des engrenages, des bijoux, des têtes de clubs de golf et de nombreux autres composants de machines complexes sont fabriqués par moulage à la cire perdue.

Une description du processus de moulage à la cire perdue

Il y a plusieurs étapes impliquées dans le processus de moulage à la cire perdue : construction du moule, fabrication du modèle en cire, création du moule en céramique, coulée, solidification, débourrage et nettoyage.

Construction du moule en métal

Dans le moulage à la cire perdue, le modèle en cire et le moule en céramique sont détruits, donc chaque moulage nécessite un nouveau modèle en cire. Les modèles en cire doivent être fabriqués à partir de moules ou de matrices, sauf si le moulage à la cire perdue est utilisé pour produire un très petit volume (comme pour des œuvres artistiques ou des bijoux originaux).

Lors du calcul de la taille du moule maître, il est important de prendre en compte la rétraction du modèle en cire, la rétraction du matériau céramique investi sur le modèle en cire et la rétraction du moulage métallique lui-même.

Production du modèle en cire

Un modèle en cire est toujours nécessaire pour chaque moulage ; chaque moulage a besoin d’un modèle en cire.

Le moule ou la matrice est rempli de cire chaude et laissée à solidifier. Les caractéristiques internes peuvent nécessiter des noyaux. Le modèle en cire est une réplique exacte de la pièce à fabriquer. La cire est utilisée au lieu du métal en fusion dans cette méthode, qui est similaire au moulage sous pression.

Création du moule

Le moule en cire est équipé d’un système de coulée (buée, barres de coulée et réservoirs). Plusieurs modèles en cire sont fixés à un système de coulée central en cire pour former un assemblage en forme d’arbre pour les moulages plus petits. Pour introduire le métal en fusion dans le moule, une coupe de coulée est normalement fixée à l’extrémité des barres de coulée.

Un « arbre de modèles » assemblé est plongé dans une boue de silice à grain fin. Chaque fois qu’il est plongé, plus de boue réfractaire est ajoutée. Lorsque le revêtement réfractaire atteint l’épaisseur désirée, il est laissé sécher et durcir ; le revêtement séché forme une coquille céramique autour des modèles et du système de coulée.

Il est déterminé par la taille et le poids de la pièce moulée, ainsi que la température de coulée du métal. Les parois ont généralement une épaisseur de 0,375 pouces (9,525 mm). Le moule en céramique durci est placé dans un four et chauffé jusqu’à ce que la cire fonde et s’évacue. En conséquence, une coquille céramique creuse est créée.

Coulée

Un moule en céramique est chauffé entre 1000°F et 2000°F (550°C et 1100°C). Le chauffage renforce encore le moule, élimine toute cire ou impuretés restantes et évapore l’eau du matériau du moule.

Tandis qu’il est encore chaud, le métal en fusion est versé dans le moule – le métal liquide s’écoule dans la coupe de coulée, à travers le système de coulée central et dans chaque cavité du moule. Le métal s’écoule facilement à travers les sections fines et détaillées en raison du moule préchauffé. À mesure que le moule et le moulage se refroidissent et rétrécissent ensemble, le moulage présente une meilleure précision dimensionnelle.

Refroidissement

Après que le métal a été versé dans le moule, il refroidit et se solidifie. Le temps nécessaire pour qu’un moule refroidisse en un état solide dépend du matériau utilisé et de l’épaisseur du moulage.

Débourrage

À mesure que le moulage se solidifie, les moules en céramique se décomposent, et le moulage peut être retiré. En général, les moules en céramique sont cassés manuellement ou avec des jets d’eau. En utilisant des méthodes telles que l’impact manuel, la scie, la découpe, la combustion ou la rupture à froid avec de l’azote liquide, les moulages individuels sont séparés de leur système de coulée en arbre.

Finition

Les opérations de meulage ou de sablage sont généralement utilisées pour lisser la pièce aux points de coulée et éliminer les imperfections. Selon le métal dont le moulage a été versé, un traitement thermique peut être employé pour durcir le produit final.

Le meilleur moment pour utiliser le moulage à la cire perdue

En raison de sa complexité et de ses exigences en main-d’œuvre, le moulage à la cire perdue est un processus relativement coûteux – bien que les avantages compensent souvent les coûts. Presque tout métal peut être moulé à la cire perdue. En général, les pièces moulées à la cire perdue sont petites, mais le processus peut être efficacement appliqué à des pièces pesant 75 livres ou plus.

Le moulage à la cire perdue en l’état peut produire des pièces complexes avec d’excellentes finitions de surface. Étant donné que les coquilles céramiques se détachent de la pièce lors du refroidissement, les moulages à la cire perdue ne nécessitent pas de dépouille pour retirer les composants de leurs moules. Grâce à cette caractéristique de production, des moulages avec des angles de 90 degrés peuvent être conçus sans marge de rétrécissement et sans besoin d’usinage supplémentaire. Le moulage à la cire perdue produit des pièces avec une précision dimensionnelle supérieure ; des pièces nettes peuvent souvent être produites, et les formes finies nécessitent souvent peu ou pas d’usinage secondaire. Pour produire des modèles en cire, chaque série de moulage unique nécessite un nouveau moule. Les outils de moulage à la cire perdue peuvent être assez coûteux ; les coûts des outils peuvent varier de 1000 à 10 000 dollars, selon leur complexité.

Pour les commandes en grande quantité, le temps et la main-d’œuvre économisés en éliminant ou réduisant l’usinage secondaire compensent facilement le coût des nouveaux outils. Les investissements dans de petites séries de moulages sont moins susceptibles d’être récupérés. Si vous devez produire plus de 25 pièces, le moulage à la cire perdue est un choix logique.

Il faut généralement 7 jours pour qu’un modèle en cire devienne un moulage complet ; la majorité de ce temps est consacrée à la création et au séchage du moule en céramique. Les moulages peuvent être produits plus rapidement dans certaines fonderies qui disposent d’installations de séchage rapide. La nature laborieuse du moulage à la cire perdue affecte plus que le simple coût. Étant donné que les fonderies de moulage à la cire perdue ont une capacité de production et un équipement limités, les délais de livraison sont généralement longs.