Le système de coulée & d'alimentation :
Principes :
Le Système de coulée (SdC) :
Lorsque vous coulerez vos pièces avec la poche de coulée, c'est le "circuit" qu'empruntera le métal liquide pour remplir les différentes empreintes du moule.
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Les propriétés recherchées sont : Un remplissage rapide des empreintes, La retenue des crasses en dehors des empreintes, Un régime laminaire lorsque le système est engorgé.
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En mécanique des fluides, le régime laminaire est un flux saturé en liquide, ne laissant pas de place à l'air dans le circuit.
Lorsqu'un flux laminaire est atteint, la vitesse du liquide sur les parois du circuit est NULLE, ce qui empêche tout arrachement de sable.
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On le divise en différents éléments qui ont tous leur nom et leur fonction :
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Le bassin de coulée a une forme d'entonnoir avec un pan cassé : Il permet de viser plus aisément à la coulée, mais également d'accumuler une masse de métal suffisante en amont pour engorger le système en aval.
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La descente est un tube cylindrique : elle permet de faire descendre le métal jusqu'au plan de joint. C'est le diamètre de la descente qui déterminera le débit de métal dans tout le système. les éléments en aval de la descente seront donc dimensionnés en fonction de celle ci.
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Le canal est un tube de section carrée : Il permet de d'acheminer une grande quantité de métal d'un bout a l'autre du moule, et laisser décanter les crasses.
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Les attaques sont des lames concentriques : Elles sont moins hautes que le canal ce qui permet de ne pas emporter les crasses qui y ont décanté (les crasses surnagent toujours au dessus du métal). Egalement, leur section est inférieure à celle du canal et leur forme est concentrique.
Cela permet d'accélérer le métal lorsqu'il pénètre dans l'empreinte.
Leur faible épaisseur permet aussi de détacher plus facilement les pièces du SdC après la coulée.
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Le système d'alimentation (SA) :
Lorsque vous voulez fondre le métal, il faut le chauffer. Or, lors de toute chauffe, il y a dilatation de la matière (pour une même quantité, le volume augmente).
Une fois liquide, le métal occupe tout l'espace disponible dans le creuset puis dans l'empreinte du moule.
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Lors du refroidissement, le métal va retrouver son volume d'origine en se contractant, on appelle ce phénomène "le retrait" (qui est étalonné par un coefficient propre à chaque matériau).
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On distingue alors 2 types de retraits : Celui à l'état liquide et celui à l'état solide.
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A l'état liquide : Le métal perd en volume mais sa fluidité lui permettra de toujours occuper tout l'espace disponible;
A l'état solide : Le métal continue à perdre en volume mais n'est plus assez fluide pour s'adapter à la forme de l'empreinte.
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On observe donc ce phénomène : Les parties les moins massives (se solidifiant en premières), compensent naturellement leur perte de volume en pompant le métal liquide dans les parties massives à proximité.
Par conséquent, les parties les plus massives de vos pièces auront perdu en volume en alimentant les parties plus fines alentours et continueront à perdre en volume en se solidifiant.
Il en résulte des craquelures et des trous dans les parties massives. On appelle cela des "retassures".
On peut aussi observer des affaissements, que l'on appelle des "poquettes" (bien visibles mais bénin sur les bassins de coulée par exemple).
Ci dessous un exemple de retassure découverte après tronçonnage d'une pièce :
(la retassure peut être beaucoup plus grosse, mais là, s'agissant d'une pièce de sécurité pour l'armée, la pièce a dû être mise au rebut)
Pour contrer ce phénomène, on peut créer des volumes (qui font office de réserve de métal) au niveau des zones massives, afin d'alimenter celles-ci. La retassure se produira donc dans ces volumes, que l'on viendra séparer de la pièce lors de la finition.
Ces volumes artificiels sont appelés des "masselottes".
Principe de la masselotte qui vient "capter" la retassure hors de la pièce :
(source : metalblog.ctif.com)
Rassurez vous, l'emploi de masselotte en petite fonderie d'art est assez exceptionnel et dépend de la forme de la pièce que vous réaliserez. En général, on peut se passer de masselotte, mais le principe de retassure est à connaitre si vous deviez être confronté.e à ce type de défaut
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Conception du système de coulée :
Ici, nous définirons les règles à respecter pour concevoir un système de coulée performant.
Pour apprendre à le sculpter dans le sable, RDV dans la section "APPRENDRE LE MOULAGE SABLE".
Sachez qu'il vous est aussi possible de réaliser des modèles de ces éléments, afin de les mouler directement, mais vous y perdrez en liberté car vous ne pourrez pas varier les formes sans multiplier les modèles.
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Cette partie est très théorique et présente des méthodes utilisées dans l'industrie.
Il est rare de calculer tout un système de coulée lorsqu'on fabrique de manière artisanale et on se contentera de le sculpter "à l'œil" afin de gagner du temps tout en conservant des résultats très corrects.
Toutefois, je vous invite à prendre connaissance de cette méthodologie afin de développer un certain instinct qui guidera vos tracés vers des formes plus cohérentes pour des pièces toujours plus réussies.
Principe de l'échelonnement :
Dimensionner le système de coulée, c'est définir la vitesse et le débit du métal à différents endroits du circuit, jusqu'à l'empreinte.
Par conséquent, comme dans n'importe quel circuit, on commence par définir les éléments en amont, puis en fonction de ces derniers, on défini les éléments en aval.
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Le bassin de coulée n'étant qu'un "réservoir" pour accueillir le métal sans éclaboussure, c'est la descente de coulée qui servira de base de calcul pour le débit.
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Selon les caractéristiques recherchées, on défini un échelonnement dimensionnel entre la descente, le canal et les attaques afin par exemple de couler sans turbulence, de laisser décanter les crasses, de remplir rapidement ou au contraire calmement la pièce.
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L'échelonnement se présente en une série de 3 coefficients (exemple : 1-2-1).
Il s'agit du rapport entre la section d'un élément (descente, canal, ou attaque) divisée par la section de la descente (Sd).
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Pour le premier chiffre, la section de la descente étant divisée par elle même, le résultat sera toujours 1.
Le second chiffre est le rapport entre la section du canal (Sc) et de la descente (Sd).
Le troisième chiffre est le rapport entre la section des attaques (Sa) et de la descente (Sd).
Par la suite, nous verrons comment calculer la section de la descente (Sd). Une fois-celle ci définie, un simple produit en croix nous permettra de connaitre la section des différents éléments selon l'échelonnement choisi.
Calcul de la section de la descente (méthode CTIF, D.TOMASEVIC) :
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La section de la descente doit être calculée en tenant compte du volume à remplir, de la vitesse et débit du métal et de la longueur du système qui va faire ralentir le flux par le phénomène de "perte de charges".
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Attention seulement à bien respecter les unités demandées dans les calculateurs
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Pour les curieux, ci dessous la formule mise en œuvre dans les calculateurs pour calculer la section de la descente (Sd) :
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V : C'est le volume de votre pièce en dm³ (ou Litres, c'est pareil)
B : C'est le Coefficient de perte de charge
Tr : C'est le temps de remplissage (comptez arbitrairement un débit de 1kg/seconde pour un poids de pièce de moins de 5kg). Dans ce cas, il faut donc multiplier le poids de votre pièce par... 1.
g : C'est la constante d'accélération gravitationnelle, (sur Terre) toujours égale à 98.1 dm/seconde
H : C'est la hauteur métallostatique (Définie selon la position de votre pièce dans le moule)
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