1. Introduction aux cœurs

Dans le procédé de moulage au sable, les noyaux constituent un élément de moulage indépendant à base de sable, principalement utilisé pour former des cavités, des trous ou des structures complexes à l'intérieur des pièces moulées. Ils sont utilisés en association avec le moule externe en sable (moule) afin de former une cavité de moulage complète, garantissant ainsi que le métal en fusion puisse prendre une forme interne conforme aux exigences de conception après solidification. Le noyau est l’une des technologies clés permettant de résoudre les problèmes de moulage des pièces à structure complexe.

La fonction principale du noyau est de façonner la cavité interne de la pièce moulée. Il peut être utilisé pour fabriquer des tuyaux, divers alésages (tels que les canaux d’eau et d’huile des cylindres de moteur), des alésages borgnes et d’autres structures qui ne peuvent pas être formées directement à l’aide de moules externes. Par ailleurs, il permet de créer des formes géométriques complexes et de réaliser le formage de structures internes précises, telles que les canaux des bielles dans le carter ou les canaux de refroidissement des aubes de turbine. De plus, le noyau permet de réduire les écarts d’épaisseur de paroi des pièces moulées, d’éviter les défauts de « points chauds » causés par une épaisseur de paroi locale inégale ; il permet également de guider la direction d’écoulement du métal en fusion, d’optimiser le remplissage et d’améliorer la qualité de la pièce moulée.

2. Exigences de performance types des cœurs

• Haute résistance : il doit résister à l'impact du métal en fusion (par exemple, la force d'impact lors de la coulée de fonte peut atteindre 0,3 MPa) afin de garantir qu'il ne se fissure pas pendant le processus de coulée.
• Bonne perméabilité à l'air : le matériau doit permettre une évacuation fluide des gaz dans un environnement à haute température, et son indice de perméabilité à l'air doit être ≥ 100 cm³/(cm²·min).
• Facilité de démoulage : après la coulée, le moule doit pouvoir être brisé par vibration ou par action chimique afin de faciliter les opérations ultérieures de nettoyage du sable, et sa résistance résiduelle doit être inférieure à 0,5 MPa.
• Haute précision : la tolérance dimensionnelle des pièces clés doit être maintenue dans les limites de la classe CT8 (±0,25 mm).

3. Procédé de fabrication des noyaux

(1) Technologie de formage

• Méthode de moulage des noyaux : le mélange de sable est injecté à grande vitesse dans le châssis à noyaux à l'aide d'une machine de moulage, puis le noyau est démoulé une fois durci. Cette méthode offre un rendement de production élevé, pouvant atteindre 120 moules par heure, et convient à la production en série de noyaux standardisés.
• Procédé d'impression 3D : la technologie de projection d'adhésif est utilisée pour imprimer directement des noyaux complexes avec une précision de formage pouvant atteindre ±0,3 mm. Aucun coffrage n'est nécessaire, ce qui convient à la fabrication rapide de noyaux en petites séries et à structure complexe.
• Méthode « Cold Box » : la triéthylamine est utilisée comme catalyseur pour déclencher une réaction de durcissement de la résine à température ambiante. Une fois le moulage terminé, la rugosité de surface Ra du noyau est inférieure ou égale à 12,5 μm, ce qui garantit à la fois un rendement élevé et une grande précision.

(2) Processus post-traitement

• Séchage : Le noyau en sable résiné doit être cuit à une température comprise entre 200 et 250 °C pendant 2 à 4 heures afin d'éliminer l'humidité qu'il contient et d'améliorer sa résistance et sa stabilité.
• Revêtement : La surface du noyau est recouverte d'un revêtement à base de poudre de zircon, dont l'épaisseur est maintenue entre 0,2 et 0,5 mm, ce qui permet d'améliorer considérablement la résistance du noyau aux hautes températures et d'éviter les défauts liés à l'adhérence du sable lors de la coulée.

4. Matières premières et méthodes de fabrication des noyaux

Les matières premières utilisées pour le noyau sont généralement les mêmes que celles du sable résiné utilisé dans la procédé de moulage. Au cours de la production, le sable résiné est versé dans le châssis de noyau, dont la forme correspond à celle de la pièce moulée. En fonction des capacités techniques et de l’équipement dont dispose l’entreprise de production, le sable peut être mis en forme dans le châssis de noyau par compactage, chauffage ou soufflage de sable. Le noyau est ensuite retiré du châssis de noyau et peut être placé dans le moule pour être utilisé après un traitement de finition.
Il existe deux méthodes principales de fabrication des noyaux : la méthode « hot box » et la méthode « cold box » :

• Méthode « Hot Box » : un catalyseur est ajouté au sable résiné, puis activé par chauffage du châssis à noyaux afin de favoriser le durcissement et le moulage du sable résiné.
• Procédé « Cold Box » : on utilise un catalyseur pouvant être activé sans chauffage. Lorsque la résine et le sable sont mélangés, le catalyseur entre automatiquement en action, ce qui provoque le durcissement et la prise du noyau de sable à température ambiante.

5. Méthodes de fixation des noyaux

Au cours du processus de coulée, lorsque le métal en fusion est injecté dans le moule, il vient heurter le noyau et le fait flotter, ce qui entraîne un déplacement ou une remontée facile de celui-ci. Il est donc nécessaire d'adopter une méthode de fixation adaptée :

• Méthode de fixation du support de noyau : le support de noyau est fabriqué dans le même métal que le moule, ce qui permet de maintenir le noyau avec précision à l'emplacement prévu dans le moule jusqu'à ce que la coulée du métal en fusion soit terminée et que celui-ci ait refroidi. Une fois refroidi, le support de noyau qui a été en contact avec le métal en fusion fera partie intégrante de la pièce moulée. Une fois la pièce moulée formée, le noyau s'effondre et est extrait par vibration.
• Méthode de fixation d'un noyau allongé : lorsque la pièce moulée présente un espace au-delà de la paroi extérieure du moule qui ne peut pas être rempli de métal, le noyau peut être plus long que le moule et être fixé à l'aide d'une rainure prévue à cet effet sur le moule en sable afin d'empêcher tout déplacement pendant le processus de coulée.

La technologie des noyaux est le moyen essentiel permettant au moulage au sable de produire des pièces moulées présentant des structures internes complexes. Son évolution n’a cessé de faire progresser l’industrie de la fonderie, depuis la fabrication manuelle traditionnelle des noyaux jusqu’à la fabrication intelligente de noyaux par impression 3D. À l’avenir, grâce à l’application approfondie de la conception de structures bioniques (telles que les noyaux en nid d’abeille à topologie optimisée) et de la technologie du jumeau numérique, les noyaux joueront un rôle plus important dans la réalisation de pièces moulées légères et à intégration fonctionnelle, apportant ainsi un soutien solide au développement de haute qualité de l’industrie de la fonderie.

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