Bien que les vilebrequins moulés soient obsolètes dans la plupart des moteurs de voitures modernes, on les trouve encore dans les véhicules anciens et de série, ainsi que dans les petites machines. De nos jours, les constructeurs privilégient le forgeage du vilebrequin pour les moteurs hautes performances, mais la fabrication des vilebrequins moulés restants exige un véritable savoir-faire. Pour vous donner un aperçu, nous allons vous présenter en détail le processus de moulage d'un vilebrequin, ainsi que les matériaux utilisés.
Qu'est-ce qu'un vilebrequin moulé ?
Voici ce qu'il faut savoir sur les vilebrequins moulés. Il existe trois procédés de fabrication : le moulage, le forgeage et l'usinage CNC . Parmi ceux-ci, le moulage est le plus économique ; c'est pourquoi les principaux fabricants de vilebrequins y ont généralement recours lorsqu'ils souhaitent réduire leurs coûts.
Mais le problème des vilebrequins moulés, c'est qu'ils sont fragiles , car leur résistance à la traction et leur ductilité sont bien inférieures à celles des vilebrequins usinés à partir d'une billette.
Les vilebrequins moulés ont une résistance à la traction typique d'environ 60 000 à 100 000 psi et un allongement d'environ 2 % à 3 %, ce qui mesure la ductilité ou la capacité d'une pièce à se déformer avant de se rompre.
La limite d'allongement des vilebrequins forgés avant rupture est de 20 à 22 %, ce qui les rend plus résistants que les vilebrequins moulés. Un faible pourcentage indique déjà une faible résistance à l'usure.
Les vilebrequins moulés sont fabriqués en coulant du métal en fusion dans un moule et en le laissant durcir. Ce procédé engendre généralement une structure granulaire assez aléatoire . Cette structure granulaire, qui désigne l'agencement des minuscules particules de métal à l'intérieur du vilebrequin, influe considérablement sur la résistance de la pièce.
Autrefois, on trouvait des vilebrequins moulés sur les voitures, les motos et pratiquement tout ce qui était équipé d'un moteur. Mais aujourd'hui, les choses ont changé.
Bien que ces vilebrequins soient encore utilisés dans les véhicules de série ou dans tout scénario où il est nécessaire de réduire les coûts, les fabricants privilégient aujourd'hui le forgeage car il permet de produire des vilebrequins beaucoup plus résistants et fiables.
Quels sont les matériaux utilisés dans le moulage du vilebrequin ?
Lors de la fabrication des vilebrequins, le matériau utilisé influe considérablement sur les performances du moteur . On distingue trois matériaux : la fonte grise, la fonte ductile et l’acier.
Pour ce qui est de la fonte grise , il s'agit en réalité d'un alliage. Autrement dit, c'est un mélange de fer, de carbone, de silicium et de manganèse. Le carbone représente généralement entre 2.5 % et 4 % de l'alliage, tandis que le silicium en contient généralement entre 1 % et 3 %.
Ce qui fait de la fonte grise un si bon choix, c'est principalement qu'elle est bon marché, facile à usiner avec des tolérances serrées, ce qui signifie que vous pouvez la couper et la façonner à une taille précise, et qu'elle résiste très bien à l'usure.
Ensuite, il y a la fonte ductile , aussi appelée fonte nodulaire . Au lieu de paillettes de graphite classiques, elle possède une structure de graphite nodulaire. Cette structure se forme par l'ajout de magnésium ou de cérium à la fonte en fusion.
Grâce à sa structure nodulaire, la fonte ductile présente une résistance à la traction supérieure à celle de la fonte grise, ce qui en fait un meilleur choix pour les moteurs haute performance.
Enfin, il y a l'acier , un alliage de carbone et de fer, utilisé dans les moteurs haut de gamme car il possède la plus grande résistance et la plus grande rigidité des trois.
La teneur en carbone de l'acier peut atteindre 2 %. Cependant, il est plus coûteux et plus difficile à usiner que la fonte grise et la fonte ductile.
Quel est le processus de moulage d'un vilebrequin ?
Parlons du procédé de moulage du vilebrequin. Cette méthode permet d'obtenir un vilebrequin plus précis et plus net.
Étape 1. Préparation du moule
Le processus commence par la création d'un moule , souvent réalisée par moulage au sable. Cela consiste à créer une cavité dans un moule en sable, dont la forme correspond exactement à celle du vilebrequin. Pour ce faire, un modèle est utilisé et pressé dans le sable afin que la cavité du moule se forme autour de lui.
Parallèlement, un système d'alimentation est conçu à cette étape. Celui-ci comprend des éléments tels que les canaux d'alimentation, les masselottes et les évents. Ce système a pour but d'assurer un écoulement correct du métal dans le moule lors des étapes suivantes.
Le moule est généralement composé de deux parties : la chape et la chape de fonderie . Cette conception en deux parties est importante car elle permet de retirer le vilebrequin fini une fois le processus de coulée terminé.
Étape 2. Fonte et coulage
Une fois le moule prêt, une pièce métallique ronde et robuste est placée directement sur le système d'alimentation.
Ensuite, l' alliage métallique choisi , qui peut être de la fonte, de l'acier, etc., est fondu dans un four. Le métal est chauffé jusqu'à atteindre la température et la consistance requises pour la coulée du vilebrequin.
Ensuite, le métal en fusion est soigneusement versé dans la cavité du moule à l'aide du système d'alimentation.
Pendant ce temps, le métal liquide doit s'écouler en douceur pour éviter les turbulences et ne pas être mêlé au gaz. Sinon, le métal risque de s'oxyder ou de développer des pores.
Il faut également contrôler la vitesse tangentielle , car si elle devient trop élevée, elle pourrait éclabousser et s'écraser contre la paroi intérieure de la cavité et le noyau de sable.
Étape 3. Refroidissement et démoulage
Après la coulée, le moule est retiré avec précaution de son support de fixation. Il est ensuite transporté à l'extérieur pour refroidir à température ambiante. Ce refroidissement se poursuit jusqu'à ce que le métal en fusion se solidifie et prenne la forme définitive du vilebrequin.
Une fois la pièce refroidie, le moule en sable est cassé à l'aide d'un marteau ou d'un autre outil pour révéler le vilebrequin.
Étape 4. Finition du vilebrequin moulé
Une fois le moulage du vilebrequin réalisé, il subit un certain nombre de processus d'usinage afin d'atteindre la forme finale et la précision requises.
Ces procédés comprennent le meulage , le perçage et l'équilibrage.
Une fois l'usinage terminé, le vilebrequin est poli et nettoyé afin d'être parfaitement prêt à être installé dans un moteur.
Conclusion
Le moulage d'un vilebrequin exige un travail manuel intensif jusqu'à la toute fin pour produire une pièce moteur essentielle , abordable, fiable et nécessitant peu d'usinage. Le forgeage, en revanche, est la norme lorsque la résistance et la durabilité accrues de l'acier forgé sont indispensables pour supporter les contraintes liées aux hautes performances d'un moteur.
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