5 Types de tolérances de modèle dans le moulage

1. Introduction

Les tolérances de modèle sont fondamentales pour moulage de métal, s'assurer que le produit final répond aux spécifications de conception malgré les comportements inhérents des matériaux et des processus.

Le moulage du métal est sujet au retrait, dilatation thermique, frottement du moule, et exigences de post-traitement, ce qui rend indispensable la modification intentionnelle des dimensions du motif avant la production.

Comprendre et appliquer les tolérances correctes améliore la précision dimensionnelle, état de surface, et performances mécaniques, réduit les déchets, et optimise l'efficacité de la production.

2. Que sont les allocations de modèle?

Allocations de modèle sont des ajustements dimensionnels délibérés apportés aux modèles de coulée pour compenser les changements prévisibles qui se produisent pendant le processus de coulée.

Quand le métal en fusion se solidifie et refroidit, ses dimensions ne correspondent pas exactement au motif original en raison de facteurs tels que rétrécissement, distorsion, frottement du moule, et opérations de post-traitement.

Les tolérances de modèle garantissent que le le moulage fini répond aux spécifications de conception.

En substance, les tolérances de motif sont des « corrections » intégrées appliquées à un motif pour tenir compte:

• Retrait du métal Pendant la solidification
• Opérations d'usinage ou de finition qui enlève de la matière
• Angles de dépouille nécessaire pour un retrait facile des moisissures
• Distorsion ou déformation pendant le refroidissement
• Couches supplémentaires des revêtements, placage, ou soins thermaux

En calculant et en appliquant soigneusement ces allocations, les fonderies peuvent produire des pièces moulées qui sont dimensionnellement précis, fonctionnel, et rentable, même pour des formes complexes ou des composants de haute précision.

Des tolérances correctement conçues réduisent les retouches, taux de rebord, et améliorer l'efficacité globale de la production.

3. Types de tolérances de modèle

Les allocations de modèle sont modifications dimensionnelles intentionnelles appliqué aux modèles de moulage pour garantir que les pièces moulées finales se conformer précisément aux exigences de conception, compenser comportement du matériau lors de la solidification, et accueillir opérations post-coulée.
Chaque type d'allocation a un objectif distinct, traiter des phénomènes spécifiques dans le processus de coulée.
Des allocations correctement conçues sont essentielles pour minimiser les défauts, réduire les reprises, et assurer la performance fonctionnelle des composants moulés.

Allocation de retrait

• But: Pour compenser contraction du métal pendant la solidification et le refroidissement.
  Sans indemnité de retrait, les moulages seront plus petits que prévu, ne répondant potentiellement pas aux spécifications de conception.
  La marge de retrait garantit précision dimensionnelle, coupe fonctionnelle, et compatibilité avec les pièces correspondantes.

  

• Mécanisme:
  L'indemnité de retrait compense réduction de volume pendant la solidification et le refroidissement.

• • Retrait liquide: Alors que le métal en fusion refroidit jusqu'à la température du solidus, Les atomes se rapprochent, provoquant un réduction de la densité.
    Le placement des colonnes montantes garantit que le métal en fusion provenant des mangeoires nourrit les zones en diminution, prévenir les caries.
  • Retrait solide: Une contraction supplémentaire se produit à mesure que le métal solidifié refroidit à température ambiante..
    Le surdimensionnement du motif explique cela par expansion des dimensions initiales du motif proportionnellement aux taux de retrait spécifiques au matériau.
  • Gradients thermiques et épaisseur de section: Les sections plus épaisses refroidissent plus lentement, conduisant à un retrait différentiel.
    Une conception de modèle appropriée intègre surdimensionnement variable, garantissant des dimensions uniformes sur les régions fines et épaisses.

Exemples de retrait spécifiques aux matériaux:

Importance: Prédiction précise du retrait prévient les défauts comme la porosité, fissures, ou inadaptés, particulièrement dans aérospatial, automobile, et composants industriels.

Allocation d'usinage

• But: Fournir du matériel supplémentaire sur les surfaces critiques pour garantir que usinage après coulée atteint le dimensions finales et qualité de surface précises.
  Sans surépaisseur d'usinage, les castings peuvent échouer tolérances dimensionnelles en raison de la rugosité de la surface, irrégularités de moisissure, ou des variations mineures de retrait.

  

• Mécanisme:
  La surépaisseur d'usinage fournit matériau supplémentaire sur les surfaces fonctionnelles pour compenser:

• • Irrégularités de surface: Les moules en sable ou en investissement introduisent des rugosités et des écarts dimensionnels mineurs. La surépaisseur permet enlèvement de matière pour obtenir des tolérances précises.
  • Corrections post-casting: Variations de retrait, déformation mineure, ou les défauts localisés sont corrigés lors de l'usinage, s'assurer que la géométrie finale correspond à la conception technique.
  • Suppression prévisible: Les modèles incluent un épaisseur pré-calculée pour tourner, fraisage, ou broyage, assurer une profondeur d'usinage uniforme et éviter les surcoupes.

• Gamme typique: 1–5 mm selon les exigences du matériau et des tolérances.
• Impact: Assure intégrité fonctionnelle de composants de précision comme des engrenages, arbres, ou brides.

Projection de projets

• But: Pour activer retrait du motif en douceur et sans dommage de la cavité du moule.
  L'autorisation de tirage empêche grattage, déchirure, ou rupture des parois du moule, ce qui pourrait entraîner des défauts de surface ou des inexactitudes dimensionnelles.

• Mécanisme:
  Le projet d'allocation introduit un légère conicité sur les surfaces verticales ou presque verticales du motif:

• • Réduction des frottements: La conicité réduit friction entre les parois solides du moule et le motif pendant l'extraction.
  • Dommages minimisés par les moisissures: Empêche les déchirures, étirage, ou fissuration des moules en sable ou des moules en coquille, entretien intégrité de la cavité.
  • Forces de retrait uniformes: Garantit que les parois minces et les éléments complexes ne collent pas, autorisé précision dimensionnelle constante sur plusieurs castings.
  • Optimisation des angles: L'angle de dépouille est déterminé en fonction de type de métal, matériau du moule, et hauteur du mur, généralement 1 à 3° pour les métaux, plus élevé pour les plastiques ou les résines.

• Impact: Réduit taux de rejet, minimise l'usure du moule, et permet haute répétabilité en production, spécialement pour les moulages complexes ou hauts.

Tolérance de distorsion

• But: Pour compenser déformation géométrique causé par refroidissement irrégulier, contraintes internes, ou retrait différentiel.
  Sans tolérance de distorsion, les pièces moulées à paroi longue ou mince peuvent se déformer, torsion, ou plier, conduisant à désalignement, problèmes d'assemblage, ou un rejet.

• Mécanisme:
  La tolérance à la distorsion tient compte déformation causée par un refroidissement irrégulier ou des contraintes résiduelles:

• • Gradients de contraction thermique: Comme les sections épaisses et minces refroidissent à des vitesses différentes, les contraintes internes peuvent provoquer une déformation ou une flexion. Les motifs pré-déformés neutralisent la distorsion attendue.
  • Détente: En anticipant modèles de contraintes résiduelles, le motif est intentionnellement conçu avec une géométrie qui restaure la forme souhaitée après refroidissement.
  • Ajustement basé sur la simulation: Les fonderies modernes utilisent simulations thermiques et structurelles pour prédire la distorsion et calculer des décalages de motif précis.

• Applications: Critique dans composants asymétriques, grandes cadres, et carters de turbine.

Allocation de rap

• But: Pour rendre compte léger agrandissement ou distorsion des cavités de moisissure causées par le force appliquée lors du retrait du motif (rap).
  Sans cette allocation, des parois minces ou des noyaux complexes peuvent s'effondrer ou se déformer, compromettre la précision dimensionnelle.

• Mécanisme:
  L'allocation de rap compense agrandissement de la cavité provoqué par des forces mécaniques pendant la suppression du motif:

• • Transfert de force: Lorsque le motif est extrait, l'énergie est transférée au matériau du moule, comprimer ou étirer légèrement les parois du moule.
  • Réponse spécifique au matériau: Les moules en sable lâche ou les moules à coquilles fines peuvent se déformer sous les forces d'extraction.
    Le modèle est légèrement sous-dimensionné dans les zones critiques afin que la cavité corresponde aux dimensions de conception après le frappement.
  • Protection à paroi mince: Garantit que les caractéristiques délicates restent intactes, prévention cassure ou défauts de surface lors du démoulage.

• Applications: Particulièrement important pour moules de sable vert et géométries complexes.

Surépaisseur d'usinage ou de finition pour revêtement ou placage

• But: Pour fournir du matériel supplémentaire à compenser la perte matérielle pendant finition de surface, galvanoplastie, ou revêtements durs.
  Cela garantit la La coulée finale reste dans les tolérances dimensionnelles après le retrait ou le dépôt du revêtement.

• Mécanisme:
  La surépaisseur de finition garantit que le matériau retiré lors du traitement de surface ne compromet pas la précision dimensionnelle:

• • Dépôt ou enlèvement de matière: Galvanoplastie, peinture, ou le polissage peut modifier les dimensions de la surface.
    Une épaisseur supplémentaire sur le motif garantit la les dimensions finales restent dans la tolérance après revêtement ou finition.
  • Allocation uniforme: Les modèles incluent un marge calculée, généralement 0,05 à 0,2 mm, pour s'adapter à la variabilité des processus.
  • Critique pour les tolérances serrées: Particulièrement important pour l'aérospatiale, automobile, ou des pièces décoratives où intégrité de la surface et précision dimensionnelle sont critiques.

• Valeurs typiques: 0.05–0,2 mm selon le type et l'épaisseur du revêtement.
• Applications: Garniture automobile, composants aérospatiaux, ou quincaillerie décorative nécessitant qualité de surface élevée et résistance à la corrosion.

4. Facteurs affectant les allocations de modèle

Les allocations de modèle sont ajustements dimensionnels intentionnels appliqué aux modèles de moulage pour garantir que le moulage final répond aux spécifications de conception.

L'ampleur et le type des allocations dépendent d'une combinaison de propriétés des matériaux, méthode de coulée, géométrie, et exigences de post-traitement.

Propriétés des matériaux

• Dilatation et contraction thermiques: Les métaux et alliages se dilatent lorsqu’ils sont chauffés et se contractent pendant la solidification.
  Les alliages à haut point de fusion comme l'acier inoxydable et les aciers à haute teneur en carbone peuvent nécessiter des tolérances de retrait plus importantes que les métaux à bas point de fusion comme l'aluminium ou le zinc..
• Comportement de solidification: Matériaux présentant une contraction liquide-solide importante (par ex., acier au manganèse, zinc) exiger des tolérances précises pour éviter les vides internes ou les inexactitudes dimensionnelles.
• Transformations de phase: Alliages qui subissent des transformations à l'état solide (par ex., formation de perlite dans les aciers) peut subir un rétrécissement supplémentaire, influencer le calcul des allocations.

Méthode de coulée

• Moulage au sable contre. Moulage d'investissement: Les moules en sable sont plus poreux et compressibles, réduisant souvent le besoin de tolérances de tirant d'eau, alors que le moulage de précision avec des moules en céramique rigides nécessite des tolérances d'ébauche et de retrait soigneusement calculées.
• Permanent vs. Moules Consommables: Moules consommables (par ex., sable vert ou cire perdue) peut nécessiter des tolérances plus importantes pour le retrait et la distorsion, tandis que les moules permanents (acier ou fonte) sont dimensionnellement stables, permettant des tolérances plus strictes.

Géométrie et épaisseur de section

• Formes complexes: Murs fins, longues côtes, ou des cavités profondes peuvent provoquer un refroidissement inégal et un retrait localisé, nécessitant des allocations de distorsion et de rap.
• Variation de section: De grandes différences dans l’épaisseur des sections peuvent entraîner un retrait différentiel; les sections plus épaisses se solidifient plus lentement, pouvant causer des marques d'évier, tandis que les sections plus minces peuvent refroidir rapidement et se contracter moins.

Exigences d'usinage et de finition

• Indemnités d'usinage: Pièces qui subiront un usinage post-coulée (par ex., brise, surfaces d'appui) nécessiter du matériel supplémentaire, généralement 1 à 3 mm en fonction de l'alliage et du processus d'usinage.
• Allocations de revêtement ou de placage: Des tolérances supplémentaires peuvent être ajoutées pour compenser l'épaisseur des revêtements, anodisation, ou opérations de placage.

Manipulation et suppression de motifs

• Allocations de projet: Les modèles doivent inclure des angles de dépouille pour permettre un retrait en douceur des moules sans endommager la cavité du moule..
  Le tirage requis varie selon le type de moule et le matériau: 1–3° pour les métaux dans des moules en sable, 2–5° pour les moules rigides.
• Allocation de rap: Une force excessive lors du retrait du moule peut provoquer une déformation; les tolérances peuvent compenser de légères distorsions du moule lors de l'éjection.

Conditions environnementales et de processus

• Température et humidité: Les matériaux moisis comme le sable ou le plâtre se dilatent ou se contractent en fonction de la teneur en humidité., affectant la précision dimensionnelle.
• Pratiques de fonderie: Taux de refroidissement, compactage des moisissures, et le préchauffage du moule peut influencer subtilement les tolérances du motif, en particulier dans les pièces moulées de haute précision ou à grande échelle.

5. Défis courants et meilleures pratiques

Les tolérances de modèle sont essentielles pour garantir des moulages précis, mais une mauvaise application peut conduire à erreurs dimensionnelles, défauts, et une augmentation des coûts.

6. Conclusion

Les allocations de modèle sont essentiel au succès du casting, influençant directement la précision dimensionnelle, performance mécanique, et efficacité de fabrication.

Comprendre et appliquer les **cinq types principaux : le retrait, usinage, brouillon, distorsion, et les tolérances de frappe/revêtement —**aide les ingénieurs et les professionnels de la fonderie à produire des produits de haute qualité, pièces moulées sans défaut.

L'intégration des tolérances avec une simulation moderne et un contrôle qualité robuste garantit cohérent, production rentable, même pour les géométries complexes et les matériaux hautes performances.

 

FAQ

Quelle est la marge de modèle la plus importante?

La marge de retrait est la plus critique, car il traite directement la contraction volumétrique du métal pendant le refroidissement.

Une tolérance de retrait incorrecte conduit à des pièces moulées sous-dimensionnées, qui sont souvent mis au rebut ou nécessitent des réparations de soudage coûteuses.

Comment est calculée la marge de retrait?

La tolérance de retrait est calculée en pourcentage linéaire de la dimension nominale de la pièce moulée.:

Dimension du motif = Dimension nominale × (1 + taux de retrait). Par exemple, un 100 pièce en fonte grise de mm (1.0% rétrécissement) nécessite un 101 modèle en mm.

Pourquoi l'indemnité de projet est-elle nécessaire?

La tolérance de tirage empêche les dommages causés par le moule et la déformation du motif lors du retrait.

Sans brouillon, la friction entre le motif et le sable du moule peut provoquer une érosion du sable ou une rupture du motif, conduisant à des pièces moulées défectueuses.

Quelle surépaisseur d'usinage est nécessaire pour le moulage de précision?

Le moulage de précision a une surface lisse telle que coulée (RA 1,6-3,2 μm), donc la surépaisseur d'usinage est plus petite (0.5–1,5 mm pour les surfaces externes) par rapport à la coulée de sable (2–4 mm).

Quand la tolérance de distorsion est-elle requise?

Une tolérance de distorsion est nécessaire pour les, à paroi mince, ou pièces moulées en acier à haute teneur en carbone, où un refroidissement irrégulier ou des transformations de phase provoquent une déformation. Il est souvent déterminé via une simulation ou des essais.

Qu'est-ce que l'allocation de rap, et pourquoi est-il petit?

La tolérance de frappe compense l'agrandissement de la cavité du moule pendant le frappe du motif.

C'est petit (0.1–0,5 mm) car les modifications de la cavité induites par le frappe sont minimes par rapport au retrait ou à la surépaisseur d'usinage.