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L'origine de la fonte des métaux : comment peut-on la retracer jusqu'aux civilisations anciennes il y a sept mille ans
Le moulage est un processus de fabrication dans lequel un matériau liquide est versé dans un moule contenant une cavité de la forme souhaitée, puis laissé se solidifier. La pièce durcie est appelée moulage et le processus est accompli en éjectant ou en cassant le moule. Les matériaux de coulée sont généralement des métaux ou divers matériaux vieillissants qui durcissent après avoir mélangé deux composants ou plus, notamment l'époxy, le béton, le plâtre et l'argile. Le moulage est le plus souvent utilisé pour créer des formes complexes qui sont difficiles et peu rentables à créer par d'autres méthodes. Les composants de grosses machines, tels que les bancs de machines-outils, les hélices de navires, etc., peuvent être facilement moulés à la taille requise sans qu'il soit nécessaire de les fabriquer en assemblant plusieurs petites pièces. Il convient de noter que l’histoire du moulage remonte à plus de 7 000 ans, le moulage le plus ancien étant une grenouille en bronze datant de 3 200 avant JC.
Historique
Depuis l’Antiquité, le moulage du métal est utilisé pour créer des outils, des armes et des objets religieux. L'histoire et le développement de la fonderie de métaux remontent à l'Asie du Sud (Chine, Inde, Pakistan, etc.). Les traditions et religions sud-asiatiques reposent largement sur la fonte de statues et de reliques symboliques. Ces articles sont généralement fabriqués à partir d’un alliage de cuivre mélangé à du plomb. Depuis les débuts de la métallurgie, la plupart des pièces moulées sont réalisées à partir de simples moules en une ou deux pièces en pierre ou en céramique. Cependant, des preuves de moulage à la cire perdue apparaissent dans de nombreuses civilisations anciennes. Le processus de moulage à la cire perdue est originaire de l'ancienne Mésopotamie. Les premiers enregistrements connus de moulage à la cire perdue sont apparus à Sparte, à Babylone. La quantité de cire nécessaire pour fabriquer une clé était clairement enregistrée dans la littérature.
Les premières pièces moulées étaient réalisées dans des moules en pierre ouverts.
Il existe deux méthodes de moulage à la cire perdue : la méthode à la cire perdue directe et la méthode à la cire perdue indirecte. La méthode de moulage direct consiste à transformer le matériau en cire en un motif en cire identique au moulage à la main ou à l'aide d'autres outils, tandis que la méthode de moulage indirect consiste à créer le motif en cire à travers un moule. La méthode de formage direct nécessite que les artisans aient un niveau technique élevé, sans quoi la qualité de la coulée ne peut être garantie. Cependant, la limite du formage direct manuel est que son efficacité est trop faible pour réaliser une production de masse. À cet égard, le moulage indirect présente des avantages. Les artisans créent généralement des modèles à partir de pierre, de bois, d'argile ou d'autres matières plastiques. Les premières civilisations ont découvert que le plomb contribuait à rendre le cuivre fondu plus fluide, leur permettant ainsi de créer des modèles plus élaborés. Par exemple, la Danseuse de Mohenjodaro est un moulage en alliage de cuivre, très probablement utilisant la technique de la cire perdue. La fonte à la cire perdue remonte à 4000 avant JC ou à l'âge chalcolithique. Le premier exemple de recherche de cette technologie est une amulette vieille de 6 000 ans provenant de la civilisation de la vallée de l'Indus.
L'évolution de la technologie de moulage
L’Inde est considérée comme l’une des premières civilisations à utiliser des méthodes de frappe pour produire en masse des pièces de monnaie. Vers le premier millénaire avant notre ère, les pièces de monnaie utilisées étaient en argent, mais à mesure que le millénaire avançait, le matériau des pièces de monnaie s'est progressivement transformé en alliages de cuivre frappés. Le développement de nouvelles technologies a permis la production en masse de nouvelles pièces de cuivre et l’introduction de matrices de pièces empilables en plusieurs pièces. Plusieurs moules sont empilés les uns sur les autres et placés dans un cylindre d'argile, permettant au métal en fusion d'être versé par le centre, de se remplir et de se solidifier dans l'espace ouvert. Ce procédé permettait de produire une centaine de pièces en même temps.
Au Moyen-Orient et en Afrique de l’Ouest, la technologie de la cire perdue a été utilisée assez tôt dans leurs traditions métallurgiques, tandis que la Chine a adopté cette technologie relativement tard. Comparée à la civilisation de la vallée de l'Indus, l'utilisation de la technologie de la cire perdue en Europe occidentale est considérée comme très limitée. À Anyang, pendant la dynastie Shang (1600-1040 avant JC), aucune véritable fonte à la cire perdue n'a été trouvée, mais un grand nombre (100 000 pièces) de fragments de moules ont été trouvés. Cela conduit à en déduire que la fonte à la cire perdue n'était pas pratiquée dans la capitale de la dynastie. Cependant, la découverte d'un masque fabriqué à partir de moulage à modèle perdu datant d'environ 1300 avant JC suggère que la technique de la cire perdue pourrait avoir eu un impact sur d'autres régions de Chine. Les historiens débattent des origines du développement de l'artillerie, mais la plupart des preuves indiquent la Turquie et l'Asie centrale aux XVIIIe et XIXe siècles.
Diversité des technologies de moulage
Dans le travail des métaux, le métal est chauffé jusqu’à l’état liquide puis coulé dans un moule. Le moule est une cavité creuse contenant la forme souhaitée et contient des canaux d'alimentation et de sortie qui permettent au métal de s'écouler dans le moule. Une fois le moule et le métal refroidis, le métal se solidifie. La pièce solidifiée (coulée) est ensuite retirée du moule et les opérations ultérieures éliminent l'excès de matière créé lors du processus de coulée.
Le processus de coulée de métaux tels que la fonte brute et l'aluminium a continué de s'améliorer au fil du temps, et l'évolution de la technologie a favorisé le développement de l'industrie.
De plus, des matériaux tels que le plâtre, le béton et les résines plastiques peuvent également être coulés à l'aide de moules jetables ou de moules en « feuilles » polyvalents. La surface de la pièce moulée est généralement plate et opaque, et des techniques de traitement de surface sont souvent utilisées pour améliorer l'apparence. Pendant le processus de coulée, certaines résines plastiques fabriquées chimiquement peuvent être mélangées à la pierre en poudre pour lui conférer de la couleur, ce qui permet souvent de simuler l'effet du marbre naturel ou du travertin. À mesure que la technologie s'améliore, le processus de coulée continue d'évoluer, atteignant une précision de conception sans précédent.
Dans l'industrie actuelle, les simulations des processus de coulée utilisent des méthodes numériques pour calculer la masse des composants coulés, en tenant compte du remplissage, de la solidification et du refroidissement du moule, afin que les propriétés mécaniques et les contraintes thermiques de la pièce coulée puissent être quantifiées à l'avance et que les déformations puissent être prédites. Cette technologie permet une caractérisation précise de la qualité des pièces moulées avant le début de la production. Avec les progrès de la technologie, la simulation des processus de moulage est devenue l'une des innovations les plus importantes en matière de technologie de moulage, permettant d'économiser du temps et des coûts tout au long du processus de fabrication de pièces moulées.
Cette lettre couvre l'histoire et la technologie du moulage des métaux. L'évolution de l'artisanat ancien vers la technologie avancée d'aujourd'hui nous amène à nous demander comment la future technologie du moulage changera-t-elle nos vies et notre fabrication industrielle ?
