Comment produire des bijoux en alliage à bas point de fusion et comment entretenir les bijoux ?

Les bijoux en alliage à faible point de fusion sont fabriqués à partir d'étain, de plomb et d'autres métaux. Ils sont abordables, faciles à mouler et sûrs à porter. Apprenez à fabriquer, entretenir et vendre ces pièces uniques qui sont parfaites pour les bijouteries, les créateurs et les vendeurs en ligne.

Ce qui rend les bijoux en alliage à bas point de fusion uniques : Guide de production et d'entretien

Découvrez l'art de l'artisanat : Dans le monde des bijoux en alliages à bas point de fusion

Les alliages à bas point de fusion ou fusibles sont des alliages binaires, ternaires ou quaternaires composés d'éléments métalliques tels que le plomb, l'étain, le bismuth et le cadmium. Ils se caractérisent par une couleur froide gris-bleu ou blanc-argent, un point de fusion bas, une fusion facile, un moulage simple, une qualité d'alliage souple et une facilité de sculpture, ce qui fait qu'ils sont largement utilisés pour créer des ornements artisanaux au design complexe.

En raison de leur point de fusion relativement bas, les alliages de zinc sont également présentés avec les alliages fusibles. Les bijoux en alliage de zinc sont un autre type important de matériau de bijouterie populaire fabriqué à partir d'alliages à bas point de fusion. Les principaux types d'alliages de zinc utilisés pour la bijouterie sont les alliages de zinc-aluminium, les alliages de zinc-aluminium-magnésium et les alliages de zinc-aluminium-cuivre.

Section I Accessoires en alliages à bas point de fusion

1. Introduction à plusieurs éléments métalliques typiques à bas point de fusion

(1) Étain

L'étain est le quatrième métal rare, après le platine, l'or et l'argent. Son symbole chimique est Sn, son numéro atomique est 50, son poids atomique est 119, sa densité est 7,31g/cm.³Le point de fusion est de 232℃. L'étain est un métal blanc argenté, ductile avec un faible coefficient de frottement, très doux, et a une bonne plasticité et ductilité. Le taux d'allongement de l'étain coulé à 17℃ est de 45%-60%, la résistance à la traction est de 25-40MPa, et la limite d'élasticité est de 12-25MPa. L'étain est rapidement oxydé dans l'air par l'oxygène, l'eau et le dioxyde de carbone, formant un film protecteur sur sa surface. En raison de ses caractéristiques non ternissantes, non oxydantes et non toxiques, l'étain convient parfaitement au contact avec le corps humain. Compte tenu du coût élevé de l'or et de la tendance de l'argent à se ternir, les bijoux en étain présentent de nombreux avantages. Il est reconnu comme l'un des meilleurs matériaux pour les bijoux en dehors de l'or et de l'argent, car il présente à la fois un aspect haut de gamme et de bonnes propriétés métalliques.

Dans l'étain commercial pur, la teneur totale en impuretés ne dépasse pas 0,25%, et dans la norme ASTMB-339, la teneur minimale en étain requise pour les lingots d'étain de qualité A est de 99,8%. L'étain a une mauvaise capacité de coupe et a tendance à coller aux outils, de sorte que les produits en étain ne conviennent pas au traitement mécanique et au façonnage, mais conviennent au formage sous pression et au moulage.

La Chine dispose d'abondantes ressources en étain, avec des réserves prouvées de plus de 3 millions de tonnes, ce qui représente environ un tiers des réserves totales du monde.

(2) Plomb

Le plomb est l'un des premiers métaux utilisés par l'homme. Son symbole chimique est Pb, son poids atomique est de 207, son numéro atomique est de 82 et il a le numéro atomique le plus élevé de tous les éléments chimiques stables. Sa densité est de 11,33g/cm³Le point de fusion est de 327℃. Le plomb est un métal lourd blanc argenté teinté de bleu, mou, peu résistant à la traction, et un métal ductile du groupe principal. Le plomb possède quatre isotopes stables dans la nature : plomb-204, plomb-206, plomb-207 et plomb-208, ainsi que plus de 20 isotopes radioactifs. Le plomb métallique est rapidement oxydé dans l'air par l'oxygène, l'eau et le dioxyde de carbone, formant un film protecteur à sa surface ; lorsqu'il est chauffé, le plomb peut rapidement réagir avec l'oxygène, le soufre et les halogènes ; le plomb est presque inerte avec l'acide chlorhydrique froid et l'acide sulfurique froid, mais peut réagir avec l'acide chlorhydrique et l'acide sulfurique chauds ou concentrés ; le plomb réagit avec l'acide nitrique dilué mais ne réagit pas avec l'acide nitrique concentré ; le plomb peut se dissoudre lentement dans des solutions fortement alcalines. Le plomb et ses composés sont hautement toxiques pour le corps humain et peuvent s'accumuler dans l'organisme.

(3) Antimoine

L'antimoine est un solide blanc argenté, cassant et brillant, de symbole chimique Sb, de numéro atomique 51, de poids atomique 121,76, de point de fusion 631℃ et de densité 6,65g/cm.³. L'antimoine a été découvert dans l'Antiquité, avec une teneur de 1×10^-6 dans la croûte terrestre, et son abondance dans la croûte terrestre existe principalement sous la forme de l'élément lui-même ou de la stibnite et de la valentinite. L'antimoine a deux allotropes : la variante jaune n'est stable qu'à -90℃ ; la variante métallique est la forme stable de l'antimoine. L'antimoine réagit avec l'eau en libérant de l'hydrogène uniquement lorsqu'il est chauffé à rouge ; à haute température, il peut réagir avec l'oxygène pour former du trioxyde d'antimoine, qui est un oxyde amphotère, peu soluble dans l'eau mais soluble dans les acides et les bases ; il peut réagir avec de l'acide nitrique concentré.

(4) Bismuth

Le bismuth est un métal blanc argenté, cassant et facile à broyer, de symbole chimique Bi, de numéro atomique 83, de poids atomique 209, de point de fusion 271℃ et de densité 9,81g/cm.³. La teneur en bismuth de la croûte terrestre est de 20×10^-6Il existe principalement dans la nature sous forme d'éléments ou de composés, avec deux allotropes mais un seul isotope stable. Il réagit avec l'air lorsqu'il est chauffé à rouge ; le bismuth peut réagir directement avec le soufre et les halogènes ; il est insoluble dans les acides non oxydants mais soluble dans l'acide nitrique et l'acide sulfurique concentré chaud. Une caractéristique typique du bismuth est que son volume augmente lorsqu'il passe de l'état liquide à l'état solide, ce qui signifie qu'il se dilate lors de la solidification.

(5) Cadmium

Le cadmium est un métal brillant et mou, de couleur blanc argenté ou gris plomb, ductile, dont le symbole chimique est Cd, le numéro atomique 48, le poids atomique 112 et la densité 8,64 g/cm.³Le point de fusion est de 321℃. Le cadmium possède 8 isotopes naturels stables et 11 isotopes radioactifs artificiels instables. Il perd rapidement son éclat à l'air et est recouvert d'une couche d'oxyde qui empêche toute oxydation ultérieure. Il est insoluble dans l'eau et soluble dans la plupart des acides.

(6) Zinc

Le zinc est un métal blanc bleuté dont la densité est de 7,14 g/cm.³ et un point de fusion de 419,5℃. Il est relativement cassant à 100-150℃, se ramollit et redevient cassant après avoir dépassé 200℃.

Le zinc possède des propriétés chimiques actives. Dans l'air à température ambiante, une couche mince et dense de carbonate de zinc basique se forme à la surface, ce qui empêche toute oxydation ultérieure. En raison de la formation facile d'un film protecteur à la surface du zinc à température ambiante, sa plus grande utilisation est dans l'industrie de la galvanisation. Lorsque la température atteint 225℃, le zinc s'oxyde vigoureusement. Lorsqu'il est brûlé, il émet une flamme de couleur bleu-vert. Le zinc est facilement soluble dans l'acide et peut facilement déplacer l'or, l'argent, le cuivre, etc. de la solution.

Le zinc a de fortes propriétés réductrices et peut libérer de l'hydrogène inflammable au contact de l'eau, d'acides ou d'hydroxydes de métaux alcalins. Les réactions avec des oxydants ou du soufre peuvent provoquer une combustion ou des explosions. La poudre de zinc peut former des mélanges explosifs avec l'air, qui peuvent être facilement enflammés par une flamme nue, entraînant des explosions, et la poussière humide peut facilement s'auto-échauffer et s'enflammer dans l'air.

Le tableau 4-1 présente plusieurs éléments typiques d'alliages à bas point de fusion.

Tableau 4-1 Plusieurs éléments typiques d'alliages à bas point de fusion

Nom de l'élément	Symbole de l'élément	Numéro atomique	Poids atomique	Densité /g - cm^-3	Point de fusion/℃
Antimoine	Sb	51	121. 76	6.65	631
Bismuth	Bi	83	209	9.81	271
Cadmium	Cd	48	112	8.64	321
Plomb	Pb	82	207	11. 33	327
Etain	Sn	50	119	7.31	232
Zinc	Zn	30	65	7. 14	419. 5

2. Alliages typiques à bas point de fusion

2.1 Alliage d'étain

L'étain a trois allotropes : l'étain blanc, l'étain gris et l'étain cassant. Le plus courant est l'étain blanc, qui est blanc argenté, mais en dessous de 13℃, il se transforme en étain gris poudreux, un phénomène connu sous le nom de "peste de l'étain". Pour éviter cette situation, des éléments d'alliage tels que l'antimoine, le bismuth, le plomb et le cadmium peuvent être ajoutés à l'étain afin de prévenir l'apparition de "parasites de l'étain". En outre, l'ajout d'éléments d'alliage peut améliorer les propriétés mécaniques de l'étain et ses performances de coulée.

(1) L'effet des éléments d'alliage sur les propriétés des alliages d'étain

① Plomb. L'étain et le plomb forment un alliage eutectique binaire typique, comme le montre le diagramme de phase de la figure 4-1, avec une température eutectique de 183℃ et un point eutectique de 38,1℃Pb. Il abaisse le point de fusion, améliore les performances de coulée des alliages d'étain, a une bonne fluidité, réduit la porosité, affine les grains et diminue la capacité thermique spécifique et la conductivité thermique des alliages d'étain. Le plomb augmente la dureté de l'étain tout en préservant la ductilité de l'alliage. Le plomb est un élément toxique et une teneur élevée en plomb peut affecter l'éclat de la surface de l'alliage.

② Antimoine. L'antimoine augmente la résistance et la dureté des alliages d'étain, réduit la ductilité, se dilate pendant la solidification, aide à la reproduction des surfaces et contribue à créer des lettres nettes et claires. Cependant, il pose également le problème de la décoloration du placage de surface. La solubilité solide de l'antimoine dans l'étain atteint un maximum de 10,4% à 246°C. La solubilité solide de l'antimoine à température ambiante est d'environ 2%. Une teneur en antimoine de 20% ou moins lorsque l'alliage est ductile peut être transformé mais ne perd pas son bel éclat. Par conséquent, l'ajout d'une quantité appropriée d'étain à l'alliage permet d'obtenir une certaine dureté, ce qui le rend façonnable sans qu'il perde sa forme.

③ Bismuth. Il s'agit d'un métal fragile, rouge pâle, très brillant, qui se dilate lors de la solidification, de manière plus prononcée que les autres métaux. Le bismuth permet de réduire le retrait de solidification des alliages et d'améliorer les performances de réplication de la surface. Cependant, le bismuth peut augmenter la fragilité des alliages et sa teneur doit être contrôlée.

④ Cuivre. Le cuivre augmente la dureté des alliages et améliore la résistance à la traction. Il est couramment utilisé dans les alliages d'étain-plomb-antimoine.

⑤ Cadmium. Le cadmium est un métal blanc bleuté, mou, ductile et toxique. Le cadmium abaisse le point de fusion des alliages, ce qui permet de les couler à des températures plus basses. Il améliore également la ductilité et réduit le retrait de solidification, ce qui est bénéfique pour la coulée de grandes pièces plates.

(2) Catégories d'alliages d'étain

Les principales catégories d'alliages d'étain utilisées pour les bijoux artisanaux sont les suivantes.

① Cire blanche. Également connu sous le nom d'"étain blanc", il s'agit d'un terme commun pour les alliages d'étain et de plomb, dont l'utilisation remonte à l'époque romaine dans les ustensiles et autres nécessités quotidiennes, tels que les tables, les gobelets, les assiettes, les chandeliers ou les vêtements en étain. La cire blanche traditionnelle a une teneur élevée en plomb, est toxique et affecte la brillance de la surface. La cire blanche contemporaine est un alliage à haute teneur en étain contenant environ 6% d'antimoine et 1%-2% de cuivre. La teneur en antimoine est généralement limitée à moins de 4% pour la cire blanche destinée au dessin, mais la cire blanche coulée peut contenir jusqu'à 8% d'antimoine et 2% de cuivre. De petites quantités de bismuth ou d'argent peuvent également être ajoutées si nécessaire pour améliorer les propriétés de durcissement de la cire blanche.

Il existe actuellement une norme spécifique pour l'étain en Europe, la norme EN611-1996, qui comprend également la norme de soudure (EN29453) utilisée pour assembler les raccords avec des produits en étain. L'Institut international de recherche sur l'étain a publié un guide des produits en étain dans le monde. Selon la composition de l'alliage, le point de fusion de l'étain est de 240-295℃, et ces alliages peuvent être coulés à l'aide de différentes techniques, notamment la coulée sous pression par gravité et la coulée centrifuge. Bien que les produits en étain soient traditionnellement coulés, les techniques de fabrication modernes utilisent les excellentes propriétés d'estampage, d'étirement et de filage de l'étain pour produire à partir de feuilles laminées. Les fabricants contemporains de produits en étain ont commencé à délaisser les articles traditionnels tels que les gobelets, les boîtes à thé et les cafetières pour répondre aux besoins de la vie moderne, et il existe maintenant des briquets, des cendriers, des lampes et des horloges en étain.

② Alliages de coulée sous pression à base d'étain. Les alliages à base d'étain sont préférés pour le moulage sous pression car leur point de fusion bas et leur fluidité unique permettent de produire des pièces moulées solides avec des structures ou des formes complexes sans exigences particulières ni dommages aux moules. En général, pour la plupart des applications, les alliages d'étain pour le moulage sous pression présentent une bonne résistance à la corrosion et peuvent être revêtus par électrolyse si nécessaire.

③ Alliages à bas point de fusion à base d'étain. Le bismuth, l'étain, le plomb, le cadmium et l'indium sont tous des métaux à bas point de fusion. Lorsque ces métaux sont combinés dans différentes proportions (alliages binaires, ternaires ou quaternaires), on peut obtenir des alliages dont le point de fusion est encore plus bas, communément appelés "alliages à bas point de fusion". En outre, ces alliages présentent des propriétés intéressantes, notamment une faible pression de vapeur, une bonne conductivité thermique, une facilité de traitement, une grande fluidité adaptée aux moules de coulée, des dimensions contrôlables pendant la solidification, une reproduction fine des détails lors de la coulée et la possibilité de les réutiliser.

2.2 Alliage de plomb

L'alliage de plomb est un alliage composé de plomb comme base et d'autres éléments. La surface de l'alliage de plomb génère des oxydes, des sulfures ou d'autres sels complexes au cours du processus de corrosion, ce qui contribue à empêcher l'oxydation, la sulfuration, la dissolution ou la volatilisation, offrant ainsi une bonne résistance à la corrosion dans l'air, l'acide sulfurique, l'eau douce et l'eau de mer. Si les alliages de plomb contiennent des impuretés telles que le bismuth, le magnésium ou le zinc qui ne sont pas solubles dans le plomb ou qui forment une seconde phase, leur résistance à la corrosion diminue ; l'ajout de tellure et de sélénium peut éliminer les effets néfastes du bismuth sur la résistance à la corrosion. L'ajout d'antimoine et de tellure aux alliages de plomb contenant du bismuth peut affiner la structure du grain, augmenter la résistance, supprimer les effets nocifs du bismuth et améliorer la résistance à la corrosion.

Les alliages de plomb ont une faible résistance à la déformation et les lingots coulés peuvent être transformés en feuilles, bandes, tuyaux, barres et fils à l'aide de procédés tels que le laminage et l'extrusion sans chauffage ni recuit intermédiaire. La résistance à la traction des alliages de plomb est de 0,3-0,7MPa, bien inférieure à celle de la plupart des autres alliages métalliques. L'antimoine est un élément important qui renforce la matrice ; il n'est que partiellement soluble dans le plomb et peut être utilisé pour renforcer la solution solide et le vieillissement. Toutefois, si la teneur est trop élevée, la ténacité et la résistance à la corrosion de l'alliage de plomb peuvent se détériorer.

Le plomb, l'étain et l'antimoine peuvent former des alliages eutectiques. Les alliages de plomb utilisés pour les ornements artisanaux prennent généralement l'alliage ternaire Pb-Sn-Sb proche du point eutectique, qui présente une bonne fluidité, presque pas de retrait de solidification et une belle surface de coulée.

2.3 Sélection d'alliages à bas point de fusion pour la bijouterie

Les alliages à bas point de fusion, principalement à base d'étain et de plomb, sont utilisés comme matériaux décoratifs. Les tableaux 4-2 énumèrent les compositions des principaux matériaux décoratifs artisanaux nationaux en alliage à bas point de fusion et les tableaux 4-3 énumèrent les compositions des matériaux décoratifs artisanaux étrangers en alliage d'étain.

Tableau 4-2 Matériaux de bijouterie artisanale en alliage à faible point de fusion

Nom du produit	Modèle	Nom du produit Contenu des éléments Composition/%				Point de fusion/ ℃	Application principale
Nom du produit	Modèle	Etain	Autres	Antimoine	Plomb	Point de fusion/ ℃	Application principale
Alliage de Babbitt	0 # A	96	2	2	Aucun	200	Poids léger, dureté modérée, bonne résistance, cristallisation à basse température, sans plomb et non toxique. Convient à la production de bijoux de haute qualité, d'ustensiles de cuisine, d'ustensiles de boisson et d'une grande variété d'objets artisanaux brillants de haute qualité.
	0 # B	92	2	6	Aucun	200	Légèreté, dureté élevée, bonne densification, cristallisation à basse température, sans plomb et non toxique. Applicable à la production de bijoux de haute qualité, d'ustensiles de cuisine, d'ustensiles de boisson et d'une grande variété d'objets artisanaux brillants de haute qualité.
	0 # C	88	4	8	Aucun	200	Poids léger, dureté élevée, bonne densification, cristallisation à basse température, sans plomb et non toxique. Convient à la fabrication de bijoux haut de gamme, d'ustensiles de cuisine, d'ustensiles à boire et de divers objets artisanaux haut de gamme à grande surface brillante (tels que les carillons éoliens).
Alliage plomb-étain n° 1	1 # A	92	3	2	Résiduelle	200	Il convient à la production de bijoux et d'objets artisanaux de haute qualité présentant une forte résistance, une faible densité et une grande surface brillante.
	1 # B	90	4	3	Résiduelle	215
	1 # C	85	5	4	Résiduelle	220
Alliage plomb-étain n° 2	2 # A	72	5	3	Résiduelle	230	Convient à la fabrication de divers types de bijoux et d'objets artisanaux de haute qualité présentant une forte résistance, une faible densité et une surface étroite et brillante.
	2 # B	63	5	4	Résiduelle	230	Convient à la production de bijoux et d'objets artisanaux de moyenne gamme avec une meilleure ténacité, une densité plus faible, une surface polie plus étroite ou une surface polie plus grande sans polissage.
	2 # C	50	4	4	Résiduelle	250
Alliage plomb-étain n° 3	3 # A	35	4	4	Résiduelle	270	Convient à la production d'une variété de bijoux et d'objets artisanaux de moyenne gamme avec une meilleure ténacité, une densité plus faible et une plus grande surface de polissage.
	3 # B	30	3	3	Résiduelle	270
	3 # C	25	1	2.8	Résiduelle	270
Alliage plomb-étain n° 4	4 # A	15	1	3	Résiduelle	280	Convient à la fabrication de divers types de bijoux ou d'objets artisanaux de qualité moyenne avec une meilleure résistance, une densité plus faible, une surface de polissage plus étroite ou sans polissage.
	4 # B	12	1	3	Résiduelle	280
	4 # C	10	1	3	Résiduelle	280
Alliage plomb-étain n° 5	5 # A	8	2	3	Résiduelle	286	Il convient à la fabrication de toutes sortes de bijoux ou d'objets artisanaux de qualité moyenne avec une meilleure résistance, une densité moindre, une surface de polissage plus étroite ou sans polissage.
Alliage plomb-étain n° 5	5 # B	6	2	3	Résiduelle	290
Alliage plomb-étain n° 6	6 # A	5	1	3.5	Résiduelle	300	Convient à la fabrication de toutes sortes de bijoux généraux et d'objets d'artisanat lourds.
	6 # B	3	1	3.5	Résiduelle	300
	6 # C	2	1	3	Résiduelle	320
(Tan Derui et Chen Guanyi, 1996)

Tableau 4-3 Matériaux de bijouterie artisanale en alliage d'étain étranger

Numéro de série	Sn	Sb	Cu	Impuretés					Remarques
Numéro de série	Sn	Sb	Cu	Pb	En tant que	Fe	Zn	Cd	Remarques
1	91 ~ 93	6 ~ 8	0. 25 ~ 2	0.05	0.05	0.015	0.005		Type American Standard ASTMB5601, alliage de fonte
2	95 ~ 98	1.0 ~ 3.0	1.0 ~ 2.0	0.05	0.05	0.015	0.005	-	American Standard ASTMB5603 Alliages spéciaux
3	Résiduelle	5 ~ 7	1.0 ~ 2. 5	0.5	-	-	-	0.05	Norme britannique BS5140
4	Résiduelle	3 ~ 5	1.0 ~ 2. 5	0.5	-	-	-	0.05	Norme britannique BS5140
5	Résiduelle	1 ~ 3	1 ~ 2	0.5	-	-	-	-	Norme allemande DIN17810
6	Résiduelle	3. 1 ~ 7	1 ~ 2	0.5	-	-	-	-	Norme allemande DIN17810
7	92	6	2	-	-	-	-	-	Convient à la coulée de produits à parois fines et à grains fins
8	90	6	2	Plus Bi	-	-	-	-	Bon effet de polissage
9	82	-	Pb18	-	-	-	-	-	Etain français
10	80	-	Pb20	-	-	-	-	-	Etain d'Angleterre
11	85	7	4	4（Main ingredient）	-	-	-	-	Etain d'Angleterre
12	83	7	2	3（Main ingredient）	-	-	5（Main ingredient）	-	Empress métal
13	89	11	-	-	-	-	-	-	CABE (Italie) est spécialisée dans la coulée centrifuge d'alliages moulés dans du caoutchouc de silicone résistant à la chaleur. Les premiers sont utilisés pour couler des bijoux sans plomb, tandis que les seconds peuvent être utilisés pour souder des bijoux.
14	61	4	-	35（Main ingredient）	-	-	-	-
(Tan Derui et Chen Guanyi, 1996)

Lors du choix d'un alliage, la considération la plus importante est la catégorie de produit, et l'alliage doit répondre aux exigences de moulage, de santé et de fonctionnalité des producteurs et des clients. Certaines entreprises pensent que les alliages à faible teneur en étain sont moins chers parce que le prix des matériaux de ces alliages est moins élevé. Le coût global de l'alliage doit être pris en compte ; les alliages à forte teneur en plomb ont des effets nocifs plus importants et doivent être coulés à des températures élevées, ce qui peut réduire la durée de vie des moules. En outre, la densité de l'étain est de 7,31g/cm³tandis que la densité du plomb est de 11,33g/cm³Le même poids d'étain peut donc produire plus d'ornements, et divers facteurs doivent être pris en compte lors du choix d'un alliage.

Actuellement, l'étain pur ou les alliages d'étain riches en étain sont principalement utilisés pour l'artisanat haut de gamme, tandis que pour les bijoux populaires généraux, l'alliage plomb-étain 1# - 6# est couramment utilisé, l'alliage plomb-étain 3# étant le plus courant. Les bijoux haut de gamme utilisent souvent des alliages à plus forte teneur en étain, tandis que les bijoux bas de gamme et de moindre qualité utilisent principalement des alliages à plus faible teneur en étain.

2.4 Caractéristiques des alliages à bas point de fusion utilisés en bijouterie artisanale

(1) Performance stable, point de fusion bas, bonne fluidité, faible retrait.

(2) Les grains sont fins, avec une bonne ténacité, une dureté appropriée, une surface lisse, peu de trous de sable, de défauts, de fissures, et de bons effets de polissage et de galvanoplastie.

(3) Le moulage par centrifugation présente de bonnes performances et une forte ténacité. Il permet de mouler des formes complexes et des pièces de précision à parois minces, avec une surface lisse sur les pièces moulées.

(4) Le produit peut subir un traitement de surface : galvanisation, pulvérisation et peinture.

(5) La structure cristalline dense garantit de faibles tolérances dimensionnelles pour les pièces coulées en termes de matières premières. La surface est fine et les défauts post-traitement sont peu nombreux.

3. Catégories et caractéristiques des bijoux artisanaux en alliage à bas point de fusion

Les ornements artisanaux en alliage plomb-étain à bas point de fusion sont un type de produit en alliage à la fois décoratif et pratique. Ils représentent l'une des applications qui consomment une grande quantité d'étain métal, avec une grande variété de thèmes créatifs et un énorme potentiel de développement du marché.

(1) Artisanat de l'étain

Les alliages d'étain peuvent être transformés en divers types de récipients tels que des ustensiles à vin, des services à thé, de la vaisselle, des trophées et d'autres produits avec des motifs en relief, ou des objets d'artisanat décoratifs, des cadres de photos en alliage, des emblèmes religieux, des sculptures miniatures, des souvenirs et d'autres objets d'artisanat. Ces produits sont généralement fabriqués à partir d'étain pur ou d'étain à haute teneur en étain. Ils présentent les caractéristiques esthétiques de l'argenterie, à des prix inférieurs à ceux de l'argenterie, et combinent à la fois des usages ornementaux et pratiques. Ils peuvent revêtir différentes significations culturelles et sont largement utilisés comme cadeaux d'entreprise, souvenirs d'événements divers, souvenirs de voyage et articles de décoration intérieure, offrant ainsi un vaste espace de marché.

(2) Bijoux de corps

Les alliages plomb-étain à bas point de fusion peuvent être transformés en divers bijoux corporels exquis. Ces bijoux sont caractérisés par l'individualité et la mode. Ils sont peu coûteux et de plus en plus appréciés par les hommes et les femmes à la mode. La plupart des bijoux en alliage sont recouverts d'une couche de galvanoplastie (or blanc 18 carats, or 18 carats, argent 925). Ils sont incrustés de zircon, de diamants en cristal, de perles ou de jade, ce qui leur confère un aspect comparable à celui des bijoux en or et en argent de grande valeur. Les articles les plus courants sont les bagues, les colliers, les bracelets, les boucles d'oreilles, les broches, les boutons, les pinces à cravate et les accessoires de coiffure, dont le matériau principal est l'alliage plomb-étain 3#.

4. Entretien des bijoux en alliage à bas point de fusion

Les bijoux en alliage plomb-étain à bas point de fusion ont un bon effet de simulation après un traitement de surface. Toutefois, s'il n'est pas correctement entretenu ou porté, le bijou peut rapidement présenter des problèmes tels que la corrosion, la décoloration, voire la rupture. Il est donc nécessaire de l'entretenir correctement et raisonnablement, comme indiqué ci-dessous :

(1) Les bijoux doivent être changés fréquemment. Il faut éviter de porter le même bijou pendant de longues périodes, surtout par temps chaud en été, car le placage du bijou peut facilement s'user au contact prolongé de la sueur. Il est donc préférable de préparer plusieurs bijoux pour les remplacer régulièrement.

(2) Le contact avec des médicaments chimiques peut facilement endommager les bijoux. Le parfum du bain, le chlore de la natation et le sel de l'eau de mer peuvent tous provoquer la corrosion du placage des bijoux, qui doivent donc être enlevés avant le bain ou la natation.

(3) Les collisions peuvent facilement causer des rayures ; rangez-les avec soin. Les bijoux ne doivent pas être empilés ; ils doivent être rangés dans leur emballage d'origine ou placés dans une boîte à bijoux à compartiments séparés afin d'éviter les collisions susceptibles de rayer la surface.

(4) Nettoyez régulièrement les bijoux, en utilisant une brosse douce à poils fins pour balayer et essuyer la surface du bijou afin d'éliminer les taches superficielles.

5. La sécurité des bijoux en alliage à bas point de fusion

Les éléments métalliques jouent un rôle extrêmement important dans la santé humaine ; une carence ou un excès peut entraîner des maladies. Cependant, certains éléments métalliques sont nocifs pour la santé humaine, provoquant des maladies et même la mort.

(1) Plomb

Le plomb est un métal lourd et une toxine très polluante. Il peut endommager le sang, entraînant la dégradation des globules rouges, et se répandre dans tous les organes et tissus par la circulation sanguine, pénétrant dans les os, entraînant une paralysie des nerfs osseux et des tremblements des doigts. Dans les cas les plus graves, il peut en résulter un saturnisme, une encéphalopathie et la mort. Les Romains de l'Antiquité utilisaient des récipients en plomb pour conserver le sucre et le vin et fondaient des conduites d'eau en plomb, ce qui augmentait la teneur en plomb des aliments et de l'eau, provoquant un empoisonnement chronique. La présence de taches noires de sulfure de plomb sur les os après la mort en est un exemple.

Parmi les substances toxiques connues, le plomb est la plus documentée dans les livres. Les textes anciens indiquent que l'utilisation de tuyaux en plomb pour le transport de l'eau potable présente des risques. De nombreux produits chimiques peuvent se dégrader en composés finaux inoffensifs après avoir séjourné dans l'environnement pendant un certain temps. Le plomb, quant à lui, ne peut pas se dégrader et reste disponible pendant longtemps après avoir été libéré. En raison de sa persistance à long terme dans l'environnement et de sa forte toxicité potentielle pour de nombreux organismes vivants, le plomb a toujours été considéré comme un polluant important.

(2) Cadmium

L'empoisonnement au cadmium peut entraîner une atrophie musculaire, des déformations articulaires, des douleurs osseuses insupportables, une incapacité à dormir, des fractures pathologiques, voire la mort. La principale source de cadmium est constituée par les eaux usées contenant du cadmium qui sont déversées par les usines dans le lit des rivières, irriguent les rizières, sont absorbées par les plantes et s'accumulent dans le riz. La consommation à long terme de riz contaminé par le cadmium ou d'eau potable polluée par le cadmium peut facilement conduire à la "maladie des douleurs osseuses".

(3) Antimoine

Les expériences menées par l'Association internationale de l'antimoine au cours de ses premières années d'existence ont montré que l'exposition prolongée de souris à de fortes concentrations d'antimoine provoquait une inflammation des poumons pouvant entraîner un cancer du poumon. Toutefois, en réalité, les gens ne travaillent pas pendant de longues périodes dans des environnements présentant des concentrations élevées d'antimoine, et aucun cas de cancer du poumon dû à une inhalation excessive d'antimoine n'a été signalé. Néanmoins, le danger potentiel de l'antimoine pour le corps humain ne peut être exclu.

Outre les éléments toxiques tels que le Cd et le Pd, les travailleurs des fonderies doivent également être conscients des effets nocifs d'autres éléments d'alliage sur le corps, tels que le Cu, le Sn, le Bi et le Zn. Il est donc important d'assurer une bonne ventilation pendant la coulée et de respecter les lois relatives à l'utilisation correcte de ces éléments et aux limites d'exposition. La "Pollution industrielle" des États-Unis dresse la liste de certains éléments métalliques typiques et des risques qu'ils présentent pour les différentes parties du corps (tableau 4-4).

La recherche montre que certains alliages sans Pb ni Cd peuvent améliorer leurs performances de coulée en améliorant la composition du caoutchouc, ce qui, si c'est possible, éliminerait la nécessité d'utiliser des éléments toxiques.

Tableau 4-4 Effets nocifs des éléments métalliques sur les organes du corps humain

Organes affectés	Bi	Cd	Cu	Pb	Sn	Zn
Rein	√	√		√
Nerfs		√		√	√
Foie	√
Gastro-intestinal		√	√	√	√	√
Organes respiratoires		√
Tissus hématopoïétiques			√	√		√
Os		√				√
Peau	√			√
Cardiovasculaire		√

Section II Produits en alliage de zinc

Les bijoux en alliage de zinc sont un autre matériau populaire important, en plus des alliages à bas point de fusion. Les alliages de zinc utilisés pour les bijoux comprennent principalement l'alliage de zinc-aluminium, l'alliage de zinc-aluminium-magnésium et l'alliage de zinc-aluminium-cuivre.

1. Alliage de zinc

L'alliage de zinc est un alliage non ferreux composé de zinc comme base et d'autres éléments tels que l'aluminium, le cuivre et le magnésium. Il est blanc bleuté, brillant, dur et cassant. Les alliages de zinc peuvent être divisés en deux catégories en fonction de la technologie de traitement : le zinc déformé et le zinc coulé. Les alliages de zinc coulés ont une bonne fluidité et une bonne résistance à la corrosion, ce qui les rend appropriés pour les produits moulés tels que les bijoux, les instruments et les boîtiers de pièces automobiles.

Les alliages de zinc sont principalement utilisés pour le moulage par centrifugation du caoutchouc silicone et le moulage sous pression, selon la méthode de moulage.

1.1 Alliage de zinc pour la coulée centrifuge du caoutchouc silicone

Étant donné que la coulée centrifuge du caoutchouc silicone utilise des moules en caoutchouc silicone pour la coulée directe, la température de coulée doit être aussi basse que possible pour obtenir une certaine durée de vie du film de gel. En général, on choisit des alliages de zinc à bas point de fusion, dont la composition est indiquée dans le tableau 4-5.

Tableau 4-5 Tableau de composition des alliages de zinc à bas point de fusion (selon la norme américaine ASTMB240-01)

Élément	Zn	Al	Cu	Mg	Fe	Pb	Cd	Sn
Contenu /wt%	Marge	3. 9 ~ 4. 3	0.75 ~ 1.25	0.03 ~ 0.06	< 0.075	< 0. 005	< 0.03	< 0. 002

Cet alliage respectueux de l'environnement est exempt de plomb, de cadmium et de nickel. Il est léger, présente une bonne finition de surface, se forme rapidement, supprime efficacement la corrosion des joints de grains et empêche la formation de rugosités de surface et de trous de sable. Il convient à diverses industries, telles que l'automobile, les appareils ménagers, les machines, les montres, les appareils électriques, les instruments, les accessoires de quincaillerie, les cadeaux décoratifs et les marques de jouets.

Pour augmenter l'éclat des surfaces des accessoires et répondre aux besoins de moulage des accessoires très brillants, un alliage de zinc et de magnésium, dont le magnésium est le principal élément d'alliage, a été mis au point. Cet alliage est largement utilisé dans les accessoires de quincaillerie à dureté et à brillance élevées tels que les pendentifs, les boucles d'oreilles, les épingles à cheveux, les vêtements, les boucles de sac à main, les boucles de ceinture, les boucles de chaussure, les plaques signalétiques, etc. Sa composition chimique typique est indiquée dans le tableau 4-6.

Tableau 4-6 Composition typique d'un alliage zinc-magnésium pour les accessoires

Élément	Zn	Mg	Al	Cu	Bi	Ag	En	Pb	Ni	Cd
Contenu /wt%	Marge	12.4	3.5	0.06	0.06	0. 05	0.01	0.0003	0.0002	0.0019

Le point de fusion de l'alliage de zinc-magnésium est 320-330℃. Généralement, la température de coulée est de 380-400℃, le grain est fin et uniforme, les produits fabriqués ont une surface lisse et brillante, pas de trous de sable, un éclat blanc avec une sensation huileuse, une bonne fluidité, moins d'oxydation et d'inclusion de scories, facile à polir, un refroidissement rapide, adapté aux exigences des produits à grande surface lisse. L'alliage est sans plomb, sans cadmium et sans nickel, classé comme un alliage respectueux de l'environnement, avec un coût de seulement 1/3 du matériau d'alliage plomb-étain 0#, et la surface lisse est meilleure que le matériau plomb-étain 0#. Cet alliage est léger, 50% plus léger que l'alliage plomb-étain 3#, et 20% plus léger que l'alliage de zinc.

En outre, en tant que matériaux correspondant aux alliages zinc-magnésium, il existe également sur le marché des matériaux d'alliage à base de magnésium qui utilisent le zinc et l'aluminium comme principaux éléments d'alliage, communément appelés alliages magnésium-zinc. Les matériaux décoratifs en alliage magnésium-zinc couramment utilisés se répartissent principalement en trois catégories.

(1) Alliage magnésium-zinc A Matériau

Cet alliage convient à la production d'ornements et d'objets artisanaux nécessitant une finition très brillante (plus de 5 cm). Il a une bonne fluidité, ténacité et brillance, est facile à polir et à souder, ne fait pas de bulles pendant la galvanoplastie et a un point de fusion d'environ 300℃. Il est comparable à l'alliage plomb-étain 1#, mais son prix n'est que la moitié de celui de l'alliage plomb-étain 1#.

(2) Alliage magnésium-zinc B Matériau

Cet alliage convient pour les surfaces lisses modérément difficiles (environ 3 cm). Il a une bonne fluidité, ténacité et douceur et est facile à polir et à souder. Il est 20% plus léger que le matériau A et convient à la production de bijoux et d'artisanat, avec un point de fusion d'environ 320℃.

(3) Alliage magnésium-zinc C Matériau

Cet alliage convient à la production de petits produits à surface lisse à haute résistance et dureté (moins de 2 cm), a une bonne fluidité et douceur, est facile à souder et à polir, et est plus léger que les deux précédents, étant le 1/3 de l'alliage plomb-étain #3. Cependant, sa ténacité est moins bonne que les deux précédents, ce qui le rend adapté à la production de produits à résistance élevée comme les épingles à cheveux et les boucles de ceinture, mais pas pour les produits creux ou perforés ayant un point de fusion de 350-380℃.
Le champ d'application des alliages magnésium-zinc est assez large et convient à la fabrication de divers moulages artistiques exquis, tels que bagues, colliers, bracelets, boucles d'oreilles, broches, boutons, pinces à cravate, décorations de chapeaux, ornements artisanaux, emblèmes religieux, statues miniatures, souvenirs, boucles de ceinture et autres accessoires artisanaux. Ces matériaux présentent les caractéristiques suivantes :

Performance stable, point de fusion bas, bonne fluidité, faible retrait.
Les grains sont fins, avec une bonne ténacité et une dureté appropriée, une surface lisse, peu de trous de sable, d'imperfections et de fissures, et de bons effets de polissage et de galvanoplastie.
Respect des exigences en matière de protection de l'environnement et des normes sanitaires.
Son point de fusion plus bas le rend adapté aux moules en silicone. Ainsi, le coût de consommation du moule est faible, ce qui le rend particulièrement adapté à la production de pièces moulées en livraison rapide et en petits lots.

1.2 Alliage de zinc coulé sous pression

(1) Caractéristiques de l'alliage de zinc moulé sous pression

Les alliages de zinc sont largement utilisés dans l'industrie du moulage sous pression pour produire diverses pièces moulées sous pression structurelles et fonctionnelles, qui sont étroitement liées aux caractéristiques du matériau. Les alliages de zinc pour le moulage sous pression ont un point de fusion bas et une bonne fluidité, et le processus de moulage permet de remplir les petites parties du moule, offrant de nombreux avantages que les autres alliages pour le moulage sous pression n'ont pas, tels qu'une vitesse de moulage rapide, une faible température, une faible consommation d'énergie et une longue durée de vie du moule. C'est pourquoi de nombreuses entreprises de joaillerie ont adopté ces alliages, dont la variété et l'utilisation se sont progressivement développées, formant ainsi une série de produits en alliage. L'une des caractéristiques de ces alliages est qu'ils peuvent être traités à l'aide de machines de coulée sous pression à chambre chaude, ce qui est beaucoup plus rapide que la vitesse de production des alliages de zinc à haute teneur en aluminium et des alliages d'aluminium qui doivent être coulés dans des machines de coulée sous pression à chambre froide, et qu'ils sont faciles à transformer en pièces moulées sous pression à parois minces relativement économiques, avec des surfaces qui sont également faciles à traiter, à peindre et à électrodéposer. En outre, par rapport aux alliages de bronze, aux alliages d'aluminium moulés et à la fonte, les alliages de zinc présentent les avantages d'une faible consommation d'énergie de traitement, d'un faible coût et de bonnes propriétés mécaniques.

(2) Types d'alliages de zinc moulés sous pression

Avec l'amélioration des qualités de zinc produit, les alliages de zinc se sont développés. Au début des années 1930, la composition s'est stabilisée. Au cours de cette période, la New Jersey Company aux États-Unis (aujourd'hui connue sous le nom d'American Zinc Company) a mis au point la célèbre série d'alliages Zamak, qui a été reconnue dans le monde entier et est devenue synonyme d'alliages pour la coulée sous pression. La série d'alliages Zamak a été développée en fonction des exigences des différents processus de production et des performances structurelles des produits. Les différents alliages de zinc ont des propriétés physiques et mécaniques différentes, ce qui offre des options pour la conception des pièces moulées sous pression.

Les types courants d'alliages de zinc coulés sous pression sont les suivants :

Zamak 3. Les pièces moulées ayant une bonne fluidité et de bonnes propriétés mécaniques sont utilisées pour des applications nécessitant une faible résistance mécanique, telles que les jouets, les lampes, les décorations et les composants électriques.
Zamak 5. Une bonne fluidité et de bonnes propriétés mécaniques sont utilisées dans les pièces moulées ayant certaines exigences en matière de résistance mécanique, telles que les pièces automobiles, les pièces électromécaniques, les composants mécaniques et les assemblages électriques.
Zamak 2. Utilisé pour les pièces mécaniques présentant des exigences particulières en matière de performances mécaniques, de dureté élevée et de précision dimensionnelle générale.
ZA8. Bonne fluidité et stabilité dimensionnelle, mais faible fluidité, appliquée aux petites pièces moulées sous pression ayant des exigences élevées en matière de précision et de résistance mécanique, telles que les composants électriques.
Superloy. Il possède la meilleure fluidité et est utilisé pour le moulage sous pression de pièces à parois minces, de grande taille, de haute précision et de forme complexe, telles que les composants électriques et leurs boîtiers.

Les exigences en matière de composition des alliages mentionnés ci-dessus sont indiquées dans le tableau 4-7.

Tableau 4-7 Composition standard des alliages de zinc

Catégorie d'alliage	Zamak 2	Zamak 3	Zamak 5	ZA8	Superloy	AcuZinc 5
Aluminium	3.8 ~ 4. 3	3.8 ~ 4. 3	3.8 ~ 4. 3	8. 2 ~ 8. 8	6. 6 ~ 7. 2	2. 8 ~ 3. 3
Cuivre	2. 7 ~ 3. 3	< 0.030	0. 7 ~ 1. 1	0. 9 ~ 1. 3	3. 2 ~ 3. 8	5. 0 ~ 6.0
Magnésium	0.035 ~ 0.06	0.035 ~ 0.06	0.035 ~ 0.06	0.02 ~ 0.035	< 0. 005	0.025 ~ 0.05
Le fer	< 0.020	< 0.020	< 0.020	< 0.035	< 0. 020	< 0.075
Plomb	< 0. 003	< 0. 003	< 0. 003	< 0.005	< 0. 003	< 0.005
Cadmium	< 0.003	< 0.003	< 0.003	< 0. 005	< 0.003	< 0. 004
Etain	< 0.001	< 0.001	< 0.001	< 0.001	< 0.001	< 0. 003
Zinc	Marge	Marge	Marge	Marge	Marge	Marge
(Lu Hongyuan, 1997 ; Wu Chunmiao, 2003)

(3) L'effet des éléments d'alliage sur les propriétés des alliages de zinc

La composition des alliages de zinc coulés sous pression comprend des éléments d'alliage efficaces tels que l'aluminium, le cuivre et le magnésium et des éléments d'impureté nocifs tels que le plomb, le cadmium, l'étain et le fer. Les effets de ces éléments sur les propriétés de l'alliage sont les suivants.

① Aluminium. L'aluminium peut améliorer la performance de coulée des alliages, augmenter la fluidité des alliages, affiner les grains, provoquer un renforcement de la solution solide et améliorer les propriétés mécaniques ; en outre, l'aluminium peut réduire la réactivité du zinc avec le fer, diminuant l'impact sur les matériaux ferreux, tels que le col de cygne, le moule, l'érosion du creuset.

La teneur en aluminium est généralement contrôlée entre 3,8% et 4,3%. Ceci est principalement dû à la résistance et à la fluidité requises ; une bonne fluidité est une condition nécessaire pour obtenir des pièces moulées aux formes complètes, aux dimensions précises et aux surfaces lisses.

② Cuivre. Le rôle du cuivre dans les alliages de zinc consiste notamment à augmenter la dureté et la résistance de l'alliage, à améliorer la résistance à l'usure de l'alliage et à réduire la corrosion intergranulaire.

Cependant, pour contrôler la teneur en cuivre dans les alliages de zinc, lorsque la teneur en cuivre dépasse 1,25%, elle entraîne des changements dans les dimensions et la résistance mécanique des pièces moulées sous pression en raison du vieillissement ; en outre, elle réduit la ductilité de l'alliage.

③ Magnésium. Le rôle du magnésium dans les alliages de zinc consiste notamment à réduire la corrosion intergranulaire, à affiner la structure de l'alliage, augmentant ainsi sa résistance, et à améliorer sa résistance à l'usure.

Le magnésium est un élément très actif qui s'oxyde facilement et se perd dans l'état fondu des alliages. Lorsque la teneur en magnésium est supérieure à 0,08%, l'alliage devient thermiquement fragile, avec une ténacité et une fluidité réduites.

④ Éléments d'impureté : plomb, cadmium, étain. Les éléments d'impureté susmentionnés rendent la corrosion intergranulaire des alliages de zinc très sensible, accélèrent la corrosion intergranulaire dans les environnements chauds et humides (figure 4-2), réduisent la résistance aux chocs de l'alliage, diminuent la résistance à la traction de l'alliage, réduisant ainsi les propriétés mécaniques, et provoquent des changements dimensionnels dans les pièces coulées. La teneur en cadmium et en plomb de l'alliage ne doit pas dépasser 0,003%, la teneur en étain des lingots d'alliage de zinc ne doit pas dépasser 0,001% et la teneur des grandes pièces coulées ne doit pas dépasser 0,002%. Lorsque la teneur en éléments d'impureté (plomb et cadmium) de l'alliage de zinc est trop élevée, la qualité de la surface de la pièce semble normale immédiatement après le moulage sous pression, mais après avoir été stockée à température ambiante pendant un certain temps (de 8 semaines à plusieurs mois), des cloques apparaissent à la surface.

⑤ Élément d'impureté : Fer. L'élément fer peut augmenter la dureté des alliages de zinc, mais la teneur en fer des alliages de zinc ne doit pas dépasser 0,02% ; sinon, il augmente la fragilité de l'alliage. Le fer réagit avec l'aluminium dans l'alliage de zinc pour former des composés intermétalliques Al5Fe2, ce qui entraîne une perte d'aluminium et la formation de scories ; il forme des points durs dans les pièces moulées sous pression, ce qui affecte le traitement et le polissage ultérieurs, et des rayures sont susceptibles d'apparaître sur la surface pendant le polissage ; il augmente la fragilité de l'alliage.

⑥ Élément d'impureté : Silicium. La teneur en silicium des alliages de zinc ne doit pas dépasser 0,02%. Sinon, elle augmentera la température de transition de fragilité de l'alliage de zinc et réduira ses performances de traitement.

(4) Sélection des alliages de zinc moulés sous pression

Il existe de nombreux alliages de zinc moulés sous pression, et le choix de l'alliage de zinc à utiliser dépend principalement de trois aspects.

① L'objectif de la pièce moulée sous pression elle-même. Les exigences de performance qui doivent être satisfaites sont les suivantes

Propriétés mécaniques, telles que la résistance à la traction, l'allongement, la dureté, etc. La résistance à la traction est la résistance maximale du matériau au moment de la rupture ; l'allongement est une mesure de la fragilité et de la plasticité du matériau ; la dureté est la résistance de la surface du matériau à la déformation plastique causée par la pression ou le frottement avec des objets durs.
Conditions environnementales de travail, y compris la température de travail, l'humidité, le milieu en contact avec la pièce à usiner et les exigences en matière d'étanchéité à l'air.
Exigences de précision, y compris la précision réalisable et la stabilité dimensionnelle.

② Bonne performance du processus. Elle comprend les performances du processus de moulage, l'usinabilité et les performances du processus de traitement de surface.

③ Bonne économie. Le coût des matières premières, les besoins en équipements de production (y compris les équipements de fusion, les machines de coulée sous pression, les moules, etc.

2. Exemples de bijoux en alliage de zinc

Voici quelques exemples d'accessoires fabriqués en alliage de zinc moulé.

Section III Processus de production des bijoux artisanaux en alliages à bas point de fusion

La plupart des bijoux en alliage à bas point de fusion sont fabriqués à l'aide d'un moule en caoutchouc de silicone à coulée centrifuge, une petite quantité étant produite par coulée sous pression. D'autre part, les bijoux en alliage de zinc sont principalement fabriqués par moulage sous pression, une petite quantité étant produite par moulage par centrifugation dans un moule en caoutchouc de silicone.

1. Procédé de coulée centrifuge du caoutchouc de silicone

1.1 Introduction au procédé de coulée centrifuge

La coulée centrifuge est une méthode dans laquelle le métal liquide est versé dans un moule rotatif, se remplissant et se solidifiant en une pièce moulée sous l'effet de la force centrifuge. La méthode de coulée centrifuge peut généralement être divisée en trois catégories principales : la coulée centrifuge réelle, la coulée semi-centrifuge et la coulée centrifuge sous pression. La véritable coulée centrifuge n'utilise pas de noyau de sable et ne nécessite pas d'élévateurs ou de canaux horizontaux, ce qui la rend appropriée pour les pièces tubulaires et cylindriques. La coulée semi-centrifuge utilise l'axe symétrique de la pièce comme axe de rotation pendant la coulée, en injectant du métal liquide à partir d'un canal vertical central, et la force centrifuge pousse le métal liquide vers l'extérieur pour remplir le moule. La coulée semi-centrifuge convient aux pièces moulées de forme symétrique. La coulée centrifuge sous pression implique la mise en place de canaux horizontaux radiaux à partir d'un canal vertical central, en utilisant le canal vertical comme axe de rotation. Après avoir versé le métal liquide dans le canal vertical, il remplit la cavité à travers les canaux horizontaux sous l'effet de la force centrifuge. La coulée sous pression centrifuge est similaire à la coulée semi-centrifuge, mais le choix de l'axe de rotation est différent. Comme la coulée sous pression centrifuge ne tourne pas autour de l'axe symétrique de la pièce moulée, elle convient mieux aux pièces moulées de forme complexe.

1.2 Caractéristiques du procédé de coulée centrifuge du caoutchouc silicone

En raison du faible point de fusion des bijoux en alliage, il n'est pas nécessaire de créer un moule en plâtre pour couler les alliages d'or, d'argent et de cuivre. À la place, des moules souples en caoutchouc de silicone résistant à la chaleur sont utilisés pour la production, ce qui permet de réduire considérablement les coûts de production et d'améliorer l'efficacité de la production.

La coulée centrifuge de bijoux en or est réalisée à l'aide de la méthode de coulée par pression centrifuge. Après que le métal en fusion a été versé dans le moule, le métal en fusion est soumis à la force centrifuge lors de la rotation du moule, ce qui génère une pression de remplissage qui force le métal en fusion à remplir la cavité en douceur. La force centrifuge F=m-r-w2, où F est la force centrifuge, m la masse du métal fondu, w le rayon de rotation du moule et la vitesse angulaire. On constate que plus le rayon de rotation est grand et plus la vitesse de rotation est élevée, plus la force centrifuge générée est importante. Comme le métal en fusion se remplit et se solidifie sous l'effet de la force centrifuge, le métal présente une bonne compensation du retrait, ce qui se traduit par une structure dense et de bonnes propriétés mécaniques des pièces moulées ; les pièces moulées creuses n'ont pas besoin de colonnes montantes, ce qui améliore considérablement l'utilisation du métal.

Cependant, comparée à la coulée par pression négative, la coulée centrifuge présente des inconvénients tels que de fortes turbulences du métal en fusion pendant la coulée, une tendance à produire des trous de gaz, une forte érosion de la paroi du moule par le métal en fusion, et une quantité maximale de métal pouvant être coulée relativement faible. En outre, les pièces moulées produites par la méthode de coulée centrifuge sont sujettes à des défauts de fissuration thermique, en particulier à des vitesses de rotation élevées.

1.3 Processus de production de la fonte centrifuge en caoutchouc de silicone

Les bijoux en alliage à bas point de fusion utilisent principalement un processus de coulée centrifuge en caoutchouc de silicone, et ce processus comprend principalement les aspects suivants.

(1) Développement de la bijouterie

Le développement d'un bijou est la première étape de la création d'un bijou à partir de zéro. Il sert de guide et de référence pour les étapes suivantes et constitue également un lien important pour exprimer pleinement l'individualité du bijou. Les concepteurs forment leurs idées initiales en synthétisant et en classant les informations provenant de différents aspects, puis en les représentant sur des dessins à plat. Une fois les dessins terminés, ils sont remis à l'atelier d'échantillonnage, où l'échantillonneur crée un maître-modèle tridimensionnel en utilisant des matériaux d'alliage conformément aux exigences des dessins. L'achèvement du maître-modèle conclut le processus principal de développement des bijoux.

(2) Moulage

Le maître modèle achevé est transféré dans la salle de moulage, où le mouliste crée des moules en caoutchouc spécial. Le processus de moulage est essentiel pour passer d'un bijou unique à une production en série, et la qualité du moule influe directement sur le rendement du processus suivant.

① Types de matières premières pour le caoutchouc. Dans la production de moulage centrifuge d'alliages à bas point de fusion, les modèles en caoutchouc de silicone sont largement utilisés, avec une petite quantité de caoutchouc naturel et de caoutchouc de silicone. La comparaison des deux types de matériaux de modèles en caoutchouc est présentée dans le tableau 4-8.

Tableau 4-8 Comparaison entre le caoutchouc naturel et le caoutchouc de silicone

Paramètres	Caoutchouc naturel					Caoutchouc de silicone
Paramètres	1#noir	2#noir	3#noir	Blanc	Naturel	60 - D	70 - D	58 - D	65 - D
Dureté relative	60	65	70	66	42	60	70	58	65
Densité/(g-cm)^-3 )	1.24	1.26	1.17	1. 55	1.07	1.6	1. 73	1.44	1.56
Résistance à la déchirure/MPa	2.34	2.09	3. 00	1.94	0.68	0. 74	0.69	1.01	0. 63
Module de flexion/MPa	2.20	2.17	3. 58	2.41	1.72	1. 86	2.41	1.31	2.27
Résistance à la traction/MPa	3.79	3.79	2.41	3.45	3.93	2. 55	2.41	3.58	1.38

Le caoutchouc contient généralement des charges, des catalyseurs, des agents actifs, des retardateurs, des antioxydants, des plastifiants et d'autres matériaux. Les matériaux non vulcanisés doivent être stockés dans un endroit frais, et les modèles vulcanisés doivent être conservés le plus possible à l'abri de la lumière, car l'ozone peut endommager les matériaux.

Au cours de la production, les matériaux en caoutchouc légèrement plus souples sont généralement préférés car ils sont plus faciles à mouler et permettent d'obtenir des blocs mobiles. La dureté du caoutchouc utilisé pour les accessoires après vulcanisation est généralement de l'ordre de 60-80, et dans la production actuelle, environ 70% des types de caoutchouc ont une dureté relative de 65, et il y a également 5% avec une dureté de 70.

Plus la dureté du modèle en caoutchouc est faible, plus il rétrécit. Les fondeurs et les modélistes doivent donc collaborer pour prendre des mesures afin de compenser la valeur de rétrécissement. La valeur de retrait est liée à la mise en place de la pièce lors de la coulée ; pour un même produit, la valeur de retrait peut varier de manière significative en fonction des différentes méthodes de mise en place. La production de certaines pièces spéciales dépend de l'expérience de l'opérateur.

② Fabrication de feuilles de caoutchouc. Mélangez du caoutchouc neuf et du caoutchouc recyclé dans une proportion de 50/50. Le caoutchouc est chauffé dans une machine à mouler et pressé en feuilles d'une épaisseur de 1,3 à 1,5 mm, ce qui constitue une couche du moule en caoutchouc. Le matériau est enroulé dans un tonneau cylindrique et coupé en petits morceaux de la taille requise. Le matériau est empilé sur une palette et placé dans une chambre de refroidissement (la température de la chambre de refroidissement est d'environ 6℃), pendant 3 à 4 jours, ce qui permet au caoutchouc de se rétracter jusqu'à sa taille finale. Le rétrécissement total du matériau pendant tout le processus peut atteindre 11%. Si la forme finale du matériau est ovoïde, cela peut être dû à un refroidissement insuffisant. Le matériau est généralement retiré de la chambre de refroidissement et coupé en morceaux circulaires du diamètre souhaité, généralement de 8 à 18 pouces. Dans la figure 4-3, le caoutchouc A est utilisé comme couche superficielle du modèle ; il se caractérise par sa résistance aux températures élevées, son faible retrait, sa forte résistance à la déchirure et sa durabilité. En revanche, le caoutchouc B est utilisé comme couche de renforcement du modèle en caoutchouc, servant principalement de support et de renfort.

③ Appuyer sur le moule en caoutchouc. La qualité du moule en caoutchouc détermine directement la qualité du moulage. Un moule en caoutchouc de haute qualité exige, entre autres, une répartition raisonnable du modèle original, des carottes qui facilitent le remplissage et l'aération, un retrait facile de la pièce moulée et une résistance à la déformation et à la rupture. Voici les étapes de base de la fabrication d'un moule en caoutchouc.

La première étape est la préparation. Préparez les divers outils et matériaux auxiliaires nécessaires au pressage du moule (figure 4-4).

Placer le cadre du moule dans la presse pour le préchauffer à 150℃ ou selon la température recommandée par le fournisseur de caoutchouc, généralement 146-157℃ ; séparer le haut et le bas de la base du moule, et saupoudrer d'un agent de démoulage pour empêcher les deux moitiés de coller ensemble ou de coller au cadre du moule ; nettoyer la poussière de la surface du modèle original, pulvériser du silicone pour faciliter la séparation du moule en caoutchouc de silicone, en empêchant le collage. Placez du papier journal sous la plaque d'acier et placez le disque rond dans l'anneau d'acier (figure 4-5).

Lors de la deuxième étape, un trou est percé au centre de la moitié supérieure du disque de membrane, et la tige de coulée et le bassin de coulée sont placés au centre (figure 4-6).

Lors de la troisième étape, le maître-modèle et les goupilles de positionnement sont disposés dans un ordre raisonnable et à la distance requise autour de la plaque de coulée sur la surface du moule inférieur (figure 4-7). Si le modèle original est très grand, il est nécessaire de retirer une partie du caoutchouc du moule inférieur.

Dans la coulée centrifuge du caoutchouc, certains principes dimensionnels doivent être respectés entre le modèle, la porte de coulée et les tiges de positionnement (figure 4-8). A représente la distance entre le modèle et la cuvette de coulée, généralement de 12,5 mm ; B représente la distance entre les modèles, généralement de 10 mm ; C représente la distance entre le modèle et la zone environnante, généralement de 10 mm ; D représente la distance entre le modèle et la goupille de positionnement, généralement de 3 mm ; E représente la distance entre les goupilles de positionnement, généralement de 12.5 mm ; F représente la distance entre la broche de positionnement et la zone environnante du modèle, généralement de 1,5 mm ; G représente l'épaisseur du modèle à partir de la surface supérieure (surface inférieure), généralement de 3 mm.

Les expériences montrent que la distance entre la périphérie extérieure et la porte centrale du moule a un impact significatif sur la qualité de la coulée. Plus la pièce est proche de la porte centrale, plus la section de la coulée doit être importante pour garantir la vitesse de formage et la densité de la structure solidifiée. En outre, les modèles originaux d'un même modèle en caoutchouc doivent de préférence avoir des formes similaires, car cela permet non seulement d'améliorer la vitesse de réalisation des moulages, mais aussi d'obtenir une composition plus uniforme des produits finis ; si les différences de forme sont trop importantes, le moule risque de perdre l'équilibre et de vibrer pendant la rotation du moulage.

Lors de la quatrième étape, saupoudrez uniformément la poudre de démoulage sur la surface de démoulage et utilisez un pinceau pour enlever la poudre de démoulage du modèle (figure 4-9).

Lors de la cinquième étape, placez la moitié supérieure du moule dans le cadre du moule, positionnez-la avec précaution et placez la plaque de pression supérieure dans le cadre du moule, en veillant à ce que les deux soient verticaux (figure 4-10).

Au cours de la sixième étape, placez le cadre du moule dans la presse, en veillant à ce qu'il soit droit et positionné au centre de la machine. Soulevez la plate-forme et le cadre du moule pour qu'ils s'engagent dans la plate-forme supérieure et observez l'état d'ajustement (figure 4-11). Exercez une légère pression pour soulever la plate-forme, relâchez la pression et répétez l'opération précédente, en exerçant une légère pression à chaque fois. Une machine de moulage générale s'appuie sur le toucher, tandis qu'une machine de moulage automatique est équipée d'un manomètre. Répétez cette étape pendant 8 à 15 minutes jusqu'à ce que le caoutchouc soit très souple et que le plateau soit complètement scellé.

Septième étape : régler le temps de vulcanisation, généralement au moins 1 heure par pouce d'épaisseur. Lorsque le temps de vulcanisation est écoulé, relâchez la pression et retirez le cadre du moule.

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(3) Moule de découpe

① Ouvrez le cadre du moule à l'aide d'une clé ou d'un tournevis, retirez le moule en caoutchouc du cadre du moule, coupez les deux moitiés du moule en caoutchouc à l'aide d'un scalpel ou d'une lame de scie, tracez des marques d'alignement sur les bords du moule en caoutchouc et retirez l'excédent de flash (figures 4-12 et 4-13).

② Retirer le modèle original du moule et couper la carotte et la conduite d'aération.

La mise en place de carottes et de lignes de ventilation a un impact significatif sur la qualité de la coulée centrifuge. Lors de la coulée centrifuge de bijoux en alliage à bas point de fusion, le métal en fusion pénètre dans la cavité du moule par le godet de coulée, la coulée horizontale et la carotte. Le principe de base de l'ouverture des carottes est similaire à celui de la coulée des métaux précieux ; la carotte doit être suffisamment grande pour assurer une bonne compensation du retrait, et des lignes de ventilation doivent être établies pour permettre l'évacuation en douceur des gaz. La découpe du moule doit se faire en douceur pour réduire les turbulences lors de l'écoulement du métal en fusion, et la carotte doit être située dans la partie la plus épaisse de la pièce coulée.

a. Système de coulée. Un modèle de gobelet de coulée forme un gobelet de coulée au fond du moule en caoutchouc.

Le système de coulée horizontale consiste en une série de canaux qui permettent au métal fondu de s'écouler du godet de coulée dans la glissière intérieure. Les canaux rayonnent d'abord vers l'extérieur à partir du godet de coulée pour se connecter au cercle de coulée, puis se connectent du cercle de coulée à la coulée intérieure (figure 4-14). Ce système de coulée est bénéfique pour le remplissage et empêche les scories et les impuretés de pénétrer dans la cavité du moule.

Le canal intérieur alimente la cavité du moule en métal fondu ; c'est le canal par lequel le métal fondu s'écoule du canal horizontal dans la cavité du moule. Le canal intérieur doit être suffisamment grand pour compenser en permanence le retrait du métal en fusion lorsqu'il se solidifie dans la cavité, et il doit être situé dans la partie la plus épaisse. Au point de jonction avec la pièce, elle est généralement effilée pour faciliter la séparation de la coulée intérieure de la pièce, à moins qu'il ne soit nécessaire de lui donner la même épaisseur que la pièce.

b.Type de système de fermeture. Coulée directe : généralement utilisé pour des pièces simples, ce type de caillebotis provoque des turbulences importantes et a pour avantage d'augmenter la quantité de chaque type de pièce.

Système d'obturation inversé : Le système d'obturation traverse d'abord la pièce et se connecte ensuite à la cavité par l'arrière de la pièce, près du bord du moule. Ses avantages sont les suivants : la qualité de la coulée est bonne, les impuretés et le laitier ne pénètrent pas dans la cavité et les turbulences sont réduites pendant le remplissage.

Système de portillon latéral : Il entre par le côté de la pièce et, comme le portillon inversé, occupe l'espace du moule, mais la qualité de la pièce est meilleure. Ce type de porte peut avoir diverses propriétés.

Système de criblage horizontal : Il s'agit des canaux du cercle d'alimentation et du système d'alimentation des rayons, qui servent à assurer un remplissage en douceur, à éviter le remplissage direct de métal en fusion et, par conséquent, à obtenir des pièces propres.

Système d'obturation par le haut : Ce type de porte de coulée est l'opposé de la porte de coulée inférieure, où le matériau pénètre dans la cavité par le haut de la pièce. En général, la porte de coulée est située dans la moitié inférieure du moule, mais en cas de problèmes lors du remplissage, elle peut être placée dans la moitié supérieure du moule. Ce type de porte de coulée est avantageux pour les pièces présentant de grandes surfaces et des parois minces.

En plus de diriger le métal en fusion dans la cavité du moule, le système de coulée a d'autres fonctions. Par exemple, outre le système d'ouverture directe, d'autres systèmes de coulée peuvent comporter une zone de collecte des scories pour recueillir les scories et les impuretés du métal fondu et les empêcher de pénétrer dans la cavité du moule ; ils peuvent également permettre aux gaz de s'échapper de la cavité du moule. Cependant, en raison de la vitesse élevée de la coulée centrifuge, le système de coulée ne suffit pas à expulser tous les gaz, il est donc nécessaire de mettre en place des conduites d'évacuation. La figure 4-15 est un schéma des différents types de systèmes de coulée.

c. Découpe de la carotte du moule en caoutchouc. La mise en place de la carotte pour le moule en caoutchouc est la tâche la plus habile dans la production du moule en caoutchouc, et les étapes de base sont les suivantes :

Après la vulcanisation du moule en caoutchouc, il est préférable de découper le moule à la main lorsqu'il est chaud. La première étape de la découpe du moule consiste à déterminer la position de la carotte et de l'orifice de coulée. Si aucun godet de coulée n'est utilisé, le godet de coulée doit être découpé en premier, et la disposition de la porte de coulée peut être dessinée à l'aide d'un compas et d'autres outils de traçage, y compris la porte de coulée et les rayons allant du godet de coulée au cercle de coulée, la porte de coulée transversale et le canal allant du cercle de la tige de coulée à la pièce à usiner. Il est préférable d'éviter de remplir directement la cavité avec le métal liquide, qui doit d'abord passer par la porte de coulée transversale et le système de coulée pour assurer le remplissage du moule et empêcher les impuretés et le laitier de pénétrer dans la cavité.

Le couteau de découpe du moule est placé à un angle de 45° par rapport à la ligne tracée. Commencez par découper le cercle du canal de coulée (figure 4-16), d'environ 12,5 mm de large et 6 mm de profondeur au centre. Couper continuellement le long des côtés intérieur et extérieur du cercle de coulée dessiné pour assurer la fluidité, puis retirer le matériau en caoutchouc coupé pour obtenir un cercle de coulée en forme de "V" (figure 4-17).

Il convient de découper la glissière et la glissière à rayons en découpant le cercle de la glissière, et de prévoir un nombre suffisant de glissières pour assurer un bon remplissage du métal en fusion. En général, il suffit de 4 à 5 coulisses de rayon entre le godet de coulée et le cercle de coulée.

Couper la glissière intérieure depuis le cercle de coulée jusqu'à la pièce à usiner. Le chemin de roulement intérieur est la partie qui relie le chemin de roulement à la pièce ; il ne doit pas être le prolongement du chemin de roulement transversal, mais plutôt le compenser afin d'obtenir une efficacité optimale. Elle compense et rétrécit la pièce ; lors du nettoyage, elle doit être détachée de la pièce coulée. La coulée intérieure doit être suffisamment grande, mais ne doit pas poser de problèmes de nettoyage. Il est préférable de commencer à découper la coulée intérieure au niveau de la pièce comme suit : en descendant le long de la pièce, découper un canal très étroit d'une épaisseur d'environ 5 mm ; découper un canal en direction du cercle de coulée, en augmentant progressivement la profondeur et la largeur, avec une largeur de 12,5 mm et une profondeur de 6 mm au niveau du cercle de coulée (à peu près égale à la largeur du cercle de coulée à la jonction des deux coulées intérieures).

Si un système d'obturation par le haut est nécessaire, la même méthode que celle décrite ci-dessus doit être utilisée pour la découpe. Toutefois, il convient d'utiliser de la poudre de talc pour compléter le tracé des canaux ; la poudre de talc imprime la position de la pièce dans la moitié inférieure du moule sur la position correspondante dans la moitié supérieure du moule, et la découpe peut être effectuée sur la base de ces empreintes.

d. Mettre en place les conduites d'aération. Les conduites d'aération du moule en caoutchouc doivent garantir que le gaz contenu dans la cavité est évacué en douceur pendant le processus de coulée afin d'obtenir des pièces de haute qualité. Les conduites d'aération sont très semblables à celles du moule en caoutchouc lors de l'injection de la cire dans la coulée à la cire perdue. Tout comme le talc est saupoudré sur le moule en caoutchouc lors de l'injection de la cire, le talc est également saupoudré sur le moule en caoutchouc lors de la coulée centrifuge d'alliages à bas point de fusion afin de permettre au gaz d'être évacué en douceur à l'extérieur du moule en caoutchouc.

Il existe deux formes de conduites d'évacuation couramment utilisées, dont la taille dépend de la taille de la pièce moulée et de la quantité de gaz à évacuer. L'une est la conduite d'évent conique, qui est très similaire à la conduite intérieure mais beaucoup plus petite, s'amincissant progressivement de la pièce vers l'extérieur. L'autre, la plus couramment utilisée, est la conduite de mise à l'air libre du canal intérieur, similaire à la conduite de mise à l'air libre conique mais plus large, permettant d'évacuer plus de gaz. Lors de la création des conduites d'aération, l'ouverture au niveau de la pièce doit être aussi petite que possible pour empêcher le métal en fusion de s'écouler, mais elle doit également être suffisamment grande pour permettre au gaz de s'échapper rapidement.

Étant donné que la pièce est remplie à partir de la paroi extérieure de la cavité vers le centre, le patin intérieur doit être placé au niveau de la dernière zone remplie. Si l'on suit la ligne droite imaginaire entre le gobelet de coulée et le centre de la pièce, ce point devrait être le plus proche du gobelet de coulée. Le chemin de roulement intérieur est généralement situé à l'extrémité de la pièce la plus proche du gobelet de coulée. La plupart des lignes de ventilation sont coupées de la même manière que le canal intérieur, mais elles sont beaucoup plus petites et établies à partir des points clés de la pièce vers la périphérie de la cavité. Parfois, les conduites d'aération passent également par le fond du moule, puis des conduites d'aération sont établies à l'arrière, jusqu'au bord du moule. Certains fabricants utilisent également le vide pendant la coulée pour faciliter la mise à l'air libre, un procédé de coulée centrifuge sous vide. Les formes de conduites d'aération sont les suivantes :

Ligne d'aération de la coulisse : Souvent utilisée avec la coulée intérieure directe, elle est reliée à la pièce à un angle de 45°, puis s'ouvre d'un côté ou des deux côtés de la pièce jusqu'au bord du moule.

Perçage d'une conduite d'aération : Lorsque l'espace dans le moule est insuffisant, un point de collecte des gaz est défini dans la cavité et un trou est percé à l'arrière du moule à cet endroit, puis une conduite de ventilation est tracée depuis le trou à l'arrière du moule jusqu'au bord du moule. Lors de la fabrication de grandes pièces, plusieurs trous de ventilation peuvent parfois être percés, à un angle de 45°, de la partie de la pièce proche de la glissière intérieure vers l'arrière du moule, puis en traçant des lignes de ventilation à partir de ces trous jusqu'au bord du moule à l'arrière.

Trous d'aération : Cette méthode de ventilation consiste à percer des trous dans n'importe quelle partie de la pièce vers l'arrière du moule et à créer des conduites d'aération. La raison de la création de ces trous d'aération est que le gaz peut facilement former une contre-pression pendant le remplissage lorsque des trous borgnes se trouvent dans la cavité, ce qui entraîne un mauvais remplissage. Le diamètre d'un trou d'évent typique est de 1 mm.

Conduites d'aération collectrices d'air : Elles sont composées d'une série de conduites d'aération coniques percées à l'arrière du moule et ouvertes à l'arrière. Elles sont généralement utilisées dans les zones de la pièce difficiles à remplir complètement.

Ligne d'aération auxiliaire : Elle est ouverte sur le côté de la coulisse intérieure dans le sens de la rotation ou sur le bord de la coulisse intérieure inversée, percée à l'arrière du moule, et sa fonction est d'aider à la capacité d'aération de la coulisse intérieure.

La figure 4-18 montre les méthodes d'ouverture du système de coulée pour quelques ornements typiques.

e. Utiliser un scalpel pour marquer le côté du disque pour l'alignement.

(4) Fusion

La fusion des alliages est un élément important du processus de moulage. Le processus de fusion permet non seulement d'obtenir du métal en fusion mais, plus important encore, de parvenir à une composition chimique conforme aux spécifications, ce qui permet aux pièces moulées d'avoir une bonne structure cristalline et un minimum de gaz et d'inclusions dans le métal en fusion.

Au cours du processus de fusion, l'interaction entre le métal et le gaz et entre le métal en fusion et le creuset provoque des changements dans les composants, qui se traduisent par des inclusions et l'absorption de gaz. C'est pourquoi la formulation de spécifications correctes pour le processus de fusion et leur respect rigoureux constituent une garantie importante pour l'obtention de pièces moulées de haute qualité.

① Oxydation et perte par combustion des métaux. L'oxydation et la perte par combustion se produisent inévitablement au cours du processus de fusion des métaux, et les facteurs suivants en influencent l'ampleur :

a. Les propriétés des métaux et des oxydes. L'affinité des métaux pour l'oxygène et les propriétés du film d'oxyde ont un impact significatif sur la perte par oxydation. Les éléments ayant une forte affinité pour l'oxygène et un film d'oxyde lâche et poreux subissent une plus grande perte par oxydation, comme le magnésium et le lithium, qui s'oxydent préférentiellement ; l'aluminium et le béryllium ont une forte affinité pour l'oxygène, mais le a du film d'oxyde＞1, ce qui permet la formation d'un film d'oxyde dense qui réduit la perte par oxydation. Le tableau 4-9 indique les valeurs a de certains oxydes à température ambiante.

Tableau 4-9 Valeurs a approximatives de certains oxydes à température ambiante (Geng Haoran et al., 2006)

Moi	Mg	Cd	Al	Pb	Sn	Ti	Zn	Être	Ni	Cu	Cr	Fe
Moi_xO_y	MgO	CdO	Al₂O₃	PbO	SnO₂	Ti₂O₃	ZnO	BeO	NiO	Cu₂O	Cr₂O₃	Fe₂O₃
a	0.78	1.21	1.28	1.27	1.33	1.46	1.57	1.68	1. 60	1.74	2.04	2. 16

b. Température de fusion. Plus la température est élevée, plus le film d'oxyde métallique se dissout et perd son effet protecteur. Cependant, une fusion rapide à haute température peut également réduire les pertes dues à l'oxydation. La température de fusion est généralement 10-20℃ au-dessus de la température de liquidus de l'alliage. La température de liquidus actuelle pour le zinc de coulée industrielle est de 387℃ (y compris 3% aluminium )-493℃ (y compris 27% aluminium ). La température de coulée doit être plus basse, généralement 100-150℃ au-dessus de la température de liquidus de l'alliage.

c. Propriétés du gaz de four. Dans les gaz de four oxydants, il est difficile d'éviter les pertes par oxydation. La nature oxydante du gaz de four est forte et le degré de perte par oxydation est généralement élevé.

d. Autres facteurs. Plus la taille de la charge est petite, plus la surface est grande et plus la perte de combustion est importante. Dans certaines conditions, plus le temps de fusion est long, plus la perte de combustion par oxydation est importante. Le soufflage enrichi en oxygène raccourcit le temps de fusion et réduit la perte par combustion oxydante. Lorsque les opérations telles que le mélange et la scorification ne sont pas raisonnables, il est facile de briser le film d'oxyde protecteur à la surface de la fonte, ce qui augmente la perte par combustion. L'aspersion d'une fine couche de flux sur la surface de la charge pendant le chargement peut également réduire les pertes par combustion oxydante.

La perte par brûlage due à l'oxydation du métal détériore les performances du matériau et affecte la qualité de la surface du produit. Par conséquent, des mesures doivent être prises pour réduire la perte par brûlure due à l'oxydation, généralement sous les aspects suivants.

Tout d'abord, choisissez un type de four raisonnable. Utilisez un four dont la surface du bassin de fusion est plus petite et dont la vitesse de chauffage est plus rapide.

Deuxièmement, il convient d'adopter une séquence de chargement et un processus de manipulation des charges raisonnables. Les matériaux facilement oxydés et brûlés doivent être ajoutés à la couche inférieure de la charge ou ajoutés à la masse fondue après que d'autres matériaux ont été fondus, ou ils peuvent être ajoutés en tant qu'alliages intermédiaires.

La troisième consiste à utiliser un agent de couverture. Les métaux facilement oxydables et les divers déchets métalliques doivent être fondus et affinés sous le couvercle du flux.

Quatrièmement, contrôler correctement la température du four. Pour garantir la fluidité du métal fondu et répondre aux exigences du processus d'affinage, la température de la matière fondue doit être contrôlée de manière appropriée. Avant la fusion, il est conseillé d'utiliser un chauffage et une fusion rapides à haute température ; après la fusion, la température du four doit être ajustée pour éviter la surchauffe de la matière fondue.

Le cinquième est une méthode d'exploitation raisonnable, évitant les brassages fréquents.

Sixièmement, l'ajout d'une petite quantité d'élément actif d'a＞1 améliore les propriétés du film d'oxyde à la surface de la fonte et réduit efficacement la perte par brûlage.

② Perte volatile. Les vapeurs et oxydes métalliques polluent l'environnement et nuisent à la santé humaine. La perte de volatilité des métaux dépend principalement de leur pression de vapeur. Le zinc et le cadmium sont plus sujets à la perte volatile, et les méthodes pour prévenir ou réduire la perte volatile sont les mêmes que celles pour réduire la perte par oxydation.

③ Absorption de gaz. Au cours du processus de fusion, les gaz rencontrés comprennent l'hydrogène (H₂), l'oxygène (O₂), la vapeur d'eau (H₂O), l'azote (N₂), LE CO₂CO, etc. Ces gaz peuvent se dissoudre dans le métal en fusion ou réagir chimiquement. Les gaz peuvent pénétrer dans l'alliage liquide par diverses sources telles que le gaz, le revêtement du four, les matières premières, les fondants et les outils.

④ Contrôle de la température de fusion. Lorsque les températures de fusion et de coulée sont trop élevées, elles peuvent exacerber l'oxydation et la perte d'éléments d'alliage, accélérer le taux de réaction entre le métal en fusion et le matériau du creuset et affecter les propriétés mécaniques de l'alliage. Il est donc nécessaire de renforcer le contrôle de la température du métal fondu pendant les processus de fusion et de coulée. Les pots de fusion ou les fours actuels sont équipés de systèmes de mesure et de contrôle de la température et, dans le cadre des opérations quotidiennes, des contrôles réguliers sont effectués pour garantir la précision des instruments de mesure de la température, avec des mesures périodiques de la température réelle du four à l'aide de thermomètres portables (thermomètres) à des fins d'étalonnage.

Les ouvriers de fonderie expérimentés observent le liquide en fusion à l'œil nu. Si, après avoir écumé le laitier, ils constatent que le liquide fondu n'est pas trop visqueux et relativement clair, et que le laitier ne se forme pas rapidement, cela indique que la température est appropriée ; si le liquide fondu est trop visqueux, cela indique que la température est trop basse ; si une couche de givre blanc apparaît rapidement à la surface après avoir écumé le laitier et que le laitier se forme trop rapidement, cela indique que la température est trop élevée et qu'il faut l'ajuster rapidement.

Pour maintenir la stabilité de la température de coulée, un four de fusion central peut être utilisé, et l'ajout du lingot d'alliage entier peut être remplacé en une seule fois par des ajouts multiples de petits lingots d'alliage, ce qui réduit la variation de température causée par l'alimentation.

⑤ Refonte de la ferraille. Les carottes, les déchets, les pièces mises au rebut, etc. ne doivent pas être placés directement dans le creuset pour la refonte. La raison en est que les surfaces de ces déchets s'oxydent au cours du processus de coulée et que la teneur en oxydes dépasse de loin celle du lingot d'alliage d'origine. Lorsque ces déchets sont directement refondus, une grande quantité de scories est générée à la surface du métal en fusion, et l'élimination de ces scories entraîne l'élimination d'une quantité importante de composants de l'alliage.

Les déchets galvanisés doivent être fondus séparément des déchets non galvanisés, car les métaux tels que le cuivre, le nickel et le chrome contenus dans les déchets galvanisés sont insolubles dans le zinc et resteront sous forme de particules dures dans l'alliage de zinc, ce qui entraînera des difficultés lors du polissage et de l'usinage.

Lors de la refonte des déchets de galvanoplastie, il faut veiller à séparer le matériau de revêtement de l'alliage. Tout d'abord, placez les déchets de galvanoplastie dans un creuset contenant l'alliage en fusion. À ce stade, ne remuez pas la masse fondue et n'ajoutez pas de flux, car le point de fusion du matériau de revêtement est élevé et le revêtement ne se fondra pas dans l'alliage, mais flottera à la surface du liquide en fusion pendant un certain temps. Une fois que tout a fondu, laissez le creuset reposer pendant 15 à 20 minutes pour voir si des scories flottantes apparaissent à la surface, puis grattez-les. Après cette étape, vérifiez s'il est nécessaire d'ajouter des agents d'affinage.

⑥ Précautions à prendre lors de l'opération de fusion.

a. Le creuset doit être nettoyé avant d'enlever l'huile de surface, la rouille, les scories et les oxydes. Pour éviter que les éléments en fer du creuset en fonte ne se dissolvent dans l'alliage, le creuset doit être préchauffé à 150-200℃, une couche d'enduit doit être pulvérisée sur la surface de travail, puis chauffée à 200-300℃ pour éliminer complètement l'humidité de l'enduit.

b. Les outils de fusion doivent être débarrassés des salissures superficielles avant d'être utilisés, et les parties qui entrent en contact avec le métal doivent être préchauffées et enduites. Les outils ne doivent pas être humides. Dans le cas contraire, le liquide en fusion risque d'éclabousser et d'exploser.

c. Contrôler la composition de l'alliage en se procurant des lingots d'alliage répondant à des normes de composition strictes. Des alliages de haute qualité garantissent des pièces coulées de haute qualité.

d. Les lingots d'alliage achetés doivent être stockés dans un endroit propre et sec afin d'éviter une exposition prolongée à un environnement humide. Cela peut entraîner la formation de rouille blanche ou la contamination par les salissures de l'usine, ce qui augmente la production de scories et la perte de métal.

e. Nettoyer et préchauffer avant la fusion pour éliminer l'humidité absorbée en surface. Le rapport entre le matériau neuf et le matériau recyclé, tel que la tige de coulée, ne doit pas dépasser 50%. En règle générale, le rapport entre le matériau neuf et le matériau ancien est de 70:30. Certains éléments d'alliage diminuent progressivement dans les alliages refondus en continu.

f. La température de fusion ne doit pas dépasser la limite supérieure.

g. Retirer en temps utile les crasses flottant à la surface du pot de zinc et remuer doucement avec un râteau à crasses pour rassembler les crasses flottant sur le liquide en fusion en vue de leur élimination.

(5) Coulée

Les équipements typiques utilisés dans le processus de coulée comprennent les machines de coulée centrifuge et les fours de fusion électrique, dont les formes sont illustrées dans les figures 4-19 et 4-20, respectivement.

① Selon les exigences, ajouter le matériau d'alliage au four électrique, appliquer l'électricité pour le faire fondre et maintenir la température à la valeur requise.

② Préparer le moule en caoutchouc en saupoudrant les deux côtés de talc, puis en tapotant les deux moitiés du moule pour enlever l'excès de talc.

③ Préchauffer le moule en caoutchouc. Versez le métal en fusion dans le moule et maintenez-le pendant un certain temps pour préchauffer le moule à une température suffisante. La coulée peut également commencer, et après quelques fois, la température du moule augmentera.

④ En fonction du sens de rotation du moule en caoutchouc, des réglages de pression et d'autres marquages, le moule en caoutchouc installé dans la centrifugeuse, régler les paramètres pour s'assurer que la pression d'air est appropriée dans la direction opposée pour verrouiller le moule en caoutchouc (Figure 4-21).

En général, plus le modèle est grand, plus la pression requise est élevée, comme le montre le tableau 4-10.

Tableau 4-10 Pression de coulée requise pour différents types de pièces

Taille de la pièce	Pression/MPa	Vitesse de rotation/(r・min)^-1 )	Température du métal	Temps de rotation/min
Gros articles (plus de 3100 g)	3. 92	250	Extrémité la plus froide	4 ~ 5
Article moyen (620 ~ 1 240g)	3.92	400 ~ 475	Plus la pièce est fine, plus la température est élevée.	2 ~ 3
Petit article (155 ~ 620g)	1.96	475 ~ 550	Fin la plus chaude	1 ~ 2

⑤ Fermez correctement le couvercle de la centrifugeuse et vérifiez que le réglage de la vitesse est correct. Lorsque le couvercle de la machine est fermé, le cycle de coulée démarre automatiquement. Utilisez une louche appropriée pour repousser les scories à la surface du métal en fusion avec le dos de la louche et prélevez une quantité appropriée de métal en fusion dans le four.

⑥ Versez régulièrement le métal en fusion dans le moule (figure 4-22). La méthode de coulée dépend du type de pièce et des compétences du fondeur. La quantité de métal en fusion doit être appropriée ; une trop grande quantité éclaboussera le moule dans la chambre de coulée, tandis qu'une quantité insuffisante entraînera un remplissage incomplet du moule.

⑦ Reverser le métal liquide restant dans la louche dans le four, placer la louche sur le bord du four et attendre que la centrifugeuse finisse de tourner.

⑧ Après l'arrêt de la rotation, ouvrez le couvercle de la centrifugeuse, retirez le couvercle supérieur du moule, puis sortez le moule et retirez la pièce du moule. Il est plus facile de la sortir lorsqu'elle est encore chaude et d'enlever ensuite le système de coulée.

Il y a plusieurs considérations importantes à prendre en compte dans la coulée centrifuge.

① Dans les opérations de fusion, les matériaux recyclés sont généralement utilisés et réintroduits dans le four avec un rapport de 50:50 entre les matériaux neufs et les matériaux anciens. Si nécessaire, un fondant est utilisé pour collecter les scories ; lorsque le matériau est un alliage à forte teneur en étain, le fondant est rarement nécessaire, car une forte teneur en étain ne produit pas beaucoup de scories.

La plupart des ouvriers de la fonderie mélangent 50% des matériaux neufs et 50% des matériaux recyclés dans un rapport de à. Les alliages à forte teneur en étain ne nécessitent pas de flux, mais il est recommandé d'utiliser du flux pour nettoyer régulièrement le pot de fusion (nettoyer avant d'ajouter la tige de coulée et les nouveaux matériaux lorsque 25% l'on utilise le liquide dans le pot de fusion). Le flux produit des oxydes métalliques, formant un laitier qui se sépare du métal en fusion et crée une surface de laitier sur le métal en fusion. Le laitier à la surface du liquide peut être enlevé à l'aide d'outils. Le fondant est généralement du chlorure d'ammonium, ajouté au creuset à raison d'une cuillère pour 25% du creuset, placé dans un pot à cloche et pressé au fond du creuset, ce qui permet au fond de se disperser dans les différentes parties du métal en fusion.

② Le contrôle des paramètres clés, tels que la température du moule, la température du métal liquide et la vitesse de rotation, est important pendant le processus de coulée.

a. Maintenir la température de coulée du métal en fusion dans le four ; la température de coulée appropriée doit être aussi basse que possible tout en assurant le remplissage. L'expérience pratique montre qu'une température de coulée de 10℃ au-dessus du point de liquidus permet d'obtenir de bons résultats de coulée.

b. Veiller à ce que la température du moule en caoutchouc soit maintenue à une valeur optimale. Les fondeurs expérimentés préchaufferont le moule en caoutchouc à une température suffisante à un certain rythme pour obtenir de bons résultats de coulée. Cependant, ils ne laisseront pas la température du moule être trop basse ou trop élevée. Lorsque la température du moule est trop élevée, la durée de vie du moule en caoutchouc est réduite.

c. L'intégrité de la coulée est fortement liée à la vitesse centrifuge, ce qui permet de s'assurer que la vitesse pendant la coulée correspond à la pièce à usiner. Lorsque le diamètre du moule en caoutchouc est fixe, l'augmentation de la vitesse peut permettre au métal en fusion de pénétrer rapidement dans la cavité. Cependant, si la vitesse est trop élevée, elle peut facilement provoquer un flash sur la pièce coulée ou des vibrations pendant la rotation. Inversement, si la vitesse de coulée est trop faible, le métal en fusion peut se solidifier dans le canal de coulée avant de remplir la cavité, ce qui entraîne une forme incomplète de la pièce coulée (figure 4-23). Les anciennes centrifugeuses ne sont pas équipées d'instruments permettant d'afficher la vitesse, tandis que les nouvelles centrifugeuses sont généralement dotées de jauges d'affichage de la vitesse, mais elles doivent être étalonnées régulièrement. Les valeurs réelles peuvent varier considérablement d'une machine à l'autre, même si elles sont réglées sur la même vitesse.

③ Régler la pression d'air appropriée ; une pression trop élevée déformera la pièce, tandis qu'une pression trop faible provoquera un éclair sur la pièce. Une pression élevée ne doit être utilisée qu'en cas de nécessité.

④ Avant la coulée, appliquez une quantité appropriée de talc sur le moule en caoutchouc. Le talc doit être très fin. Le but de l'application de talc est d'empêcher la pièce de coller au moule, de faciliter l'évacuation des gaz de la cavité et d'aider à l'écoulement et au remplissage du métal en fusion.

(6) Assemblage de coupe

Après la coulée, la pièce est connectée au système de coulée et les pièces coulées présentent diverses bavures qui doivent être nettoyées par des procédés tels que l'enlèvement des tiges de coulée et l'ébarbage. Les outils utilisés dans ce processus sont relativement simples et comprennent généralement des ciseaux, des lames, des limes, du papier de verre et une meuleuse électrique à arbre flexible suspendu (figure 4-24).

Pour les accessoires tels que les chaînes et les épingles à cheveux, après le traitement des ébauches d'accessoires, il est nécessaire d'assembler et de souder les parties fixes telles que les ressorts et les arbres, ce qui constitue également un lien important pour combiner les aspects décoratifs et fonctionnels des accessoires.

(7) Polissage

Les ébauches de bijoux qui ont été ébarbées et soudées, bien que les grosses bavures aient été nettoyées, ne répondent toujours pas aux exigences d'éclat de surface de l'artisanat et doivent être soumises à des vibrations de polissage pour éliminer les trous de sable en surface. Il existe de nombreuses méthodes de polissage, y compris le polissage manuel et mécanique, qui doivent être sélectionnées en fonction des caractéristiques de la pièce et des conditions d'équipement. Les alliages à bas point de fusion sont relativement souples et ont des points de fusion bas, de sorte qu'il convient de prendre des précautions particulières pendant le polissage pour éviter toute surchauffe. La vitesse du moteur de prépolissage manuel doit être réglable, et la vitesse d'un seul moteur ne doit généralement pas dépasser 1750r/pm, et il faut éviter de rester trop longtemps au même endroit à polir.

① Matériel de polissage. Pendant la production de masse, le polissage mécanique peut être utilisé, et la méthode de polissage des lots doit être déterminée en fonction du matériau de la pièce et des exigences de qualité de la surface. N'oubliez pas que le temps de polissage est très court pour les pièces en alliage à bas point de fusion et que le processus d'opération doit être strictement contrôlé pour éviter un polissage excessif. Le polisseur doit connaître les caractéristiques du matériau métallique du bijou ; plus la teneur en étain est élevée, plus le métal est dur, ce qui le rend généralement plus facile à polir. En outre, il est important de bien connaître les exigences de qualité de la pièce, qu'il s'agisse d'une galvanoplastie de surface ou de la conservation de la couleur d'origine du métal.

Dans les processus de production actuels, plusieurs équipements typiques de polissage par lots sont caractérisés comme suit :

Machine à polir vibrante. Il peut utiliser divers matériaux pour le broyage humide ou le polissage à sec et pour le traitement de polissage avant la galvanoplastie. La céramique, le plastique et d'autres abrasifs sont généralement utilisés pour le broyage à l'eau, et les performances de broyage des différents abrasifs varient. Pour le polissage à sec, des abrasifs en bois tels que des copeaux de bois, des grains de maïs, de la sciure de bois, etc. sont généralement utilisés, en fonction de la situation, pour déterminer s'il faut ajouter du liquide de polissage. Pendant l'opération, il faut veiller à éviter l'élévation de la température ; la résistance de la pièce à la température est inversement proportionnelle à la teneur en plomb, ce qui signifie que plus la teneur en plomb est élevée, plus la résistance à la chaleur de la pièce est faible.
Machine de polissage centrifuge. Ce type d'équipement a une grande efficacité de polissage. Pour les pièces brutes, il est possible d'utiliser des matériaux abrasifs dotés d'une forte force de broyage, ainsi que des liquides de polissage appropriés. Pendant le polissage, on utilise des moyens de polissage de pré-galvanisation et on rince une grande quantité d'eau savonneuse, ce qui peut rendre la surface de la pièce plus brillante. Parfois, il est possible d'ajouter davantage d'eau savonneuse et un débit d'eau plus lent peut améliorer l'effet des produits de polissage et des composés, ce qui peut être une priorité.
Machine de polissage par vibration centrifuge. Cet équipement est rarement utilisé pour les alliages à bas point de fusion, car il est susceptible de chauffer pendant le polissage. Le polissage humide peut être utilisé, mais un polissage excessif peut facilement se produire en raison de sa capacité de polissage élevée. En outre, la relation entre le temps de chargement et de déchargement et le temps de traitement doit être examinée de manière approfondie.

Lors de l'utilisation de la machine à polir ci-dessus, il est préférable de l'équiper d'un dispositif de contrôle de la vitesse afin de régler la vitesse en fonction de la dureté du métal.

② Moyen de polissage. Il existe de nombreux supports de polissage pour le polissage des alliages à bas point de fusion. La forme du support peut être tubulaire, cylindrique, conique ou quadrilatérale irrégulière, en fonction des zones qui nécessitent le plus de travail et de celles qui nécessitent peu de traitement. Les médias de polissage couramment utilisés comprennent principalement les copeaux de bois, les billes de bois, les grains de maïs, les coquilles de noix et d'autres médias à base de bois. Ces types de supports nécessitent parfois une petite quantité de liquide de polissage pendant le polissage ; les supports synthétiques sont utilisés pour les alliages à faible teneur en étain ou de faible dureté ; les supports plastiques sont utilisés pour les alliages à forte teneur en étain. En cours d'utilisation, le niveau du support et le temps de traitement peuvent être ajustés ; plus le métal est dur (c'est-à-dire plus la teneur en étain est élevée), plus le support s'use rapidement.

Une grande partie du polissage génère des particules en suspension, ce qui nécessite une filtration renforcée. Il convient de prêter attention au contrôle et à l'évacuation des eaux usées industrielles. En raison de la présence de plomb, de cadmium et d'autres éléments nocifs dans les alliages à bas point de fusion, le liquide de polissage doit être testé et traité pour garantir la conformité avec les normes locales de rejet.

Les figures 4-25 et 4-26 représentent respectivement les ébauches de bijoux en alliage d'étain et les ébauches de bijoux en alliage de plomb défectueuses après polissage mécanique.

(8) Galvanisation

L'alliage plomb-étain est un matériau gris, et les bijoux d'imitation éblouissants que nous voyons sont traités par galvanoplastie. En ce qui concerne les effets de la galvanoplastie, il existe la dorure, l'argenture, le cuivrage, le nickelage, l'acier blanc et d'autres effets spéciaux de la galvanoplastie.

Comme pour la galvanoplastie des bijoux fabriqués à partir d'autres matériaux dans l'industrie de la bijouterie, le type de métal et l'état de la surface ont un impact significatif sur l'effet de la galvanoplastie. En raison de la qualité de surface relativement faible des bijoux en alliage à bas point de fusion après la coulée, ceux-ci sont souvent préplaqués avec du cuivre et du nickel avant la galvanoplastie avec de l'or, de l'argent et d'autres métaux précieux. Le processus peut également utiliser une technique de revêtement de conversion pour l'antiquisation. Les étapes du processus sont les suivantes :

La pièce est plaquée par impulsion dans une solution de cuivre cyanuré, généralement pendant 35 à 40 secondes, la durée variant en fonction de la tension. Il faut éviter de brûler la pointe de la pièce→ après trempage dans la solution épaisse, rincer la pièce deux fois→ nettoyage ultrasonique de la pièce→ rincer la pièce deux fois→ la pièce est immergée dans une solution acide ou saline→ rincer deux fois→ la durée du nickelage dépend de la structure de la pièce, généralement de 15 à 30 minutes. Si une brillance est nécessaire, utiliser une solution de placage avec un azurant→ rincer deux fois.

Après le traitement ci-dessus, la pièce peut subir le traitement final de galvanoplastie, tel que le placage à l'or 24K, au bronze ou à l'argent. La galvanoplastie du bronze peut être réalisée pendant 15 minutes dans une solution commerciale de galvanoplastie du bronze (polysulfure d'ammonium). Pour les pièces de grande taille, on utilise une basse tension et le temps de galvanisation est prolongé en conséquence, suivi d'une anodisation pour brunir la surface, puis d'un rinçage et d'un séchage pour obtenir la brillance souhaitée. Le traitement antiquaire du métal consiste généralement à donner au métal une couleur brune, puis à l'oxyder jusqu'à ce qu'il devienne noir. Si l'argenture est nécessaire, la pièce est généralement d'abord plaquée par impulsion avec de l'argent, puis électrodéposée dans une solution de cyanure d'argent. Lorsque la pièce doit être noircie, elle doit être plaquée avec de l'argent épais. Le traitement de noircissement après l'argenture est généralement effectué par une méthode au sulfure, suivie d'un rinçage minutieux.

(9) Production d'effets

Les accessoires galvanisés, dont certains peuvent être directement emballés et stockés, mais d'autres doivent également être soumis à divers effets en fonction des exigences de conception, tels que l'application d'un agent de démoulage (brûlage et revêtement fin), la peinture par pulvérisation, le dépoli, l'huile goutte à goutte et le rinçage au sable (figure 4-27) ; une fois ces effets terminés, si le produit ne nécessite pas de sertissage au diamant, il peut alors être stocké.

(10) Sertissage de diamants

Il s'agit de la dernière étape du processus, et les strass sont fixés à l'aide d'un adhésif spécial, qui peut être combiné pour créer différents effets de strass colorés en fonction des exigences du design (figure 4-28).

(11) Stockage des emballages

Les produits qui ont passé le contrôle de qualité peuvent être emballés et mis sur le marché.

2. Processus de formage par extrusion à froid

La technologie de l'extrusion à froid est un processus de production avancé de haute précision, efficace, de haute qualité et à faible consommation. Elle convient à la production de masse de pièces de taille moyenne et petite. Par rapport aux procédés conventionnels, elle permet d'économiser 30%-50% de matériaux et 40%-80% d'énergie et de fabriquer des produits de haute qualité. La précision dimensionnelle est bonne et il est possible de traiter des formes complexes difficiles à usiner.

Dans le passé, les produits artisanaux en étain étaient principalement façonnés et coulés à la main, et ces méthodes présentent des limites. Par exemple, le cycle de développement est long, le temps de fabrication est long et la qualité de la surface est médiocre. L'étain a une bonne ductilité et plasticité, avec des propriétés matérielles qui ne le cèdent qu'à l'or et à l'argent, et une ductilité et une plasticité supérieures à celles du noir et des métaux non ferreux. Ces caractéristiques lui permettent d'être mis en forme par des procédés d'extrusion à froid.

Le processus de formage par extrusion à froid comprend la fusion du matériau de coulée de l'étain→ coulée des matériaux→ mise en place des matériaux→ préformage→ traitement de lubrification→ formage par extrusion→ élimination des matériaux résiduels→ ébarbage et polissage. Pendant le préformage, le matériau peut être extrudé ou usiné selon les besoins. En général, le formage par extrusion à froid est rapide et peut garantir des dimensions d'extrusion précises.

3. Processus de moulage sous pression

Le moulage sous pression désigne le processus d'injection de métal en fusion dans un moule sous l'action de forces externes (à l'exclusion de la gravité). Au sens large, le moulage sous pression comprend le moulage sous pression avec une machine de moulage sous pression, le moulage sous vide, le moulage à basse pression, le moulage centrifuge, etc. ; au sens étroit, le moulage sous pression fait spécifiquement référence au moulage sous pression du métal d'une machine de moulage sous pression, abrégé en moulage sous pression.

L'essence du moulage sous pression est une méthode dans laquelle un métal liquide ou semi-liquide est versé à grande vitesse dans la cavité de la matrice, puis formé et solidifié sous pression pour obtenir des pièces moulées. Le moulage sous pression est l'une des méthodes de formage des métaux les plus avancées et constitue un moyen efficace d'obtenir un minimum de copeaux, voire aucun. Ses applications sont nombreuses et son développement rapide. Le moulage sous pression est devenu l'un des processus de production les plus importants pour les bijoux en alliage de zinc.

3.1 Caractéristiques de la coulée sous pression

Le moulage sous pression présente deux caractéristiques principales : une pression élevée et un remplissage à grande vitesse. La pression d'injection couramment utilisée va de plusieurs milliers à des dizaines de milliers de kPa et peut même atteindre 2×10⁵La vitesse de remplissage est d'environ 10 à 50 m/s, et peut même parfois dépasser 100 m/s. Le temps de remplissage est très court, généralement compris entre 0,01 et 0,2 seconde.

(1) Avantages

Par rapport aux autres méthodes de moulage, le moulage sous pression présente les trois avantages suivants.

① La qualité du produit est bonne. La précision dimensionnelle des pièces moulées est élevée, généralement équivalente à la classe 6-7, et peut même atteindre la classe 4 ; la finition de surface est bonne, généralement équivalente à la classe 5-8 ; la résistance et la dureté sont relativement élevées, avec une résistance de 25%-30% généralement améliorée par rapport au moulage au sable, mais le taux d'allongement diminue d'environ 70% ; les dimensions sont stables, et l'interchangeabilité est bonne ; les pièces moulées complexes à parois minces peuvent être moulées sous pression. Par exemple, l'épaisseur minimale de la paroi des pièces coulées sous pression en alliage de zinc peut atteindre 0,3 mm ; les pièces coulées en alliage d'aluminium peuvent atteindre 0,5 mm ; le diamètre minimal du trou de coulée est de 0,7 mm.

② Grande efficacité de production. Le taux de production des machines est élevé ; par exemple, une machine de moulage sous pression à chambre froide horizontale typique peut couler 3 000 à 7 000 fois en huit heures en moyenne, tandis qu'une petite machine de moulage sous pression à chambre chaude peut couler plusieurs fois en huit heures en moyenne ; les moules de moulage sous pression ont une longue durée de vie et, lors de l'utilisation d'alliages ayant un point de fusion inférieur, un ensemble de moules de moulage sous pression peut durer des centaines de milliers de fois, voire plus d'un million de fois ; la mécanisation et l'automatisation sont faciles à mettre en œuvre.

③ De bonnes retombées économiques. Grâce aux dimensions précises et aux surfaces lisses des pièces moulées sous pression, la quantité de travail de polissage et de finition est réduite, ce qui améliore l'utilisation du métal et réduit le nombre d'équipements de traitement et d'heures de travail.

(2) Inconvénients

Bien que le moulage sous pression présente de nombreux avantages, certains inconvénients doivent être pris en compte.

① Lors du moulage sous pression, en raison de la vitesse élevée du métal liquide remplissant la cavité et de l'instabilité de l'écoulement, l'air de la cavité à l'intérieur de la pièce moulée est inévitablement piégé. Par conséquent, en utilisant la méthode générale de coulée sous pression, la pièce moulée est sujette à la porosité, ne peut pas subir de traitement thermique et n'est pas adaptée à la pulvérisation de surface ; sinon, la porosité interne de la pièce moulée se dilatera lorsqu'elle sera chauffée pendant les traitements ci-dessus, ce qui entraînera la déformation de la pièce moulée ou la formation de bulles d'air.

② Il n'est pas facile de couler sous pression des pièces complexes avec des concavités internes.

③ Les alliages à point de fusion élevé (tels que le cuivre et les métaux noirs) ont une durée de vie plus courte dans le moulage sous pression.

④ Elle ne convient pas à la production en petites séries, principalement parce que le coût de fabrication des moules de coulée sous pression est élevé et que l'efficacité de production des machines de coulée sous pression est élevée, ce qui rend la production en petites séries peu rentable.

3.2 Types de machines de coulée sous pression

Le moulage sous pression est un processus de coulée de métal sur une machine de moulage sous pression, et c'est actuellement le plus efficace. Les machines de coulée sous pression sont divisées en deux catégories : les machines à chambre chaude et les machines à chambre froide.

(1) Machine de moulage sous pression à chambre chaude

La machine de coulée sous pression à chambre chaude a sa chambre de pression immergée dans du métal liquide provenant d'un creuset de fusion isolé. Les composants d'injection ne sont pas directement reliés à la base de la machine, mais sont montés sur le creuset, comme le montre la figure 4-29. Les avantages de ce type de machine de coulée sous pression sont des processus de production simples et un rendement élevé ; elle consomme moins de métal et ses processus sont stables. Cependant, la chambre de pression et le piston d'injection sont immergés à long terme dans du métal liquide, ce qui affecte leur durée de vie et peut facilement augmenter la teneur en fer de l'alliage. La machine de coulée sous pression à chambre chaude présente un degré élevé d'automatisation, une faible perte de matériau et une efficacité de production supérieure à celle des machines de coulée sous pression à chambre froide. Néanmoins, la production de pièces moulées à partir de matériaux à faible point de fusion, tels que les alliages de zinc et de magnésium, est actuellement limitée en raison des contraintes liées à la résistance à la chaleur des composants de la machine.

(2) Machine de moulage sous pression à chambre froide

La chambre de pression d'une machine de coulée sous pression à chambre froide est séparée du four de maintien. Pendant le moulage sous pression, le métal liquide est prélevé dans le four de maintien et versé dans la chambre de pression pour le moulage (figure 4-30). En raison de leur point de fusion plus élevé, les alliages d'aluminium largement utilisés aujourd'hui ne peuvent être produits que sur des machines de coulée sous pression à chambre froide. Les machines de coulée sous pression à chambre froide sont divisées en deux types en fonction de la structure et de la disposition de la chambre de pression : les machines de coulée sous pression horizontales et les machines de coulée sous pression verticales (y compris les machines de coulée sous pression entièrement verticales).

3.3 Sélection des machines de moulage sous pression

Dans la production réelle, toutes les machines de coulée sous pression ne peuvent pas répondre aux besoins de coulée sous pression de divers produits, et la sélection doit être faite sur la base de circonstances spécifiques, en tenant généralement compte des deux aspects suivants.

(1) Sélection en fonction des différentes variétés et des différents lots

Lors de l'organisation d'une production multi-variétés en petites séries, il est généralement nécessaire de choisir une machine de coulée sous pression dotée d'un système hydraulique simple, d'une forte capacité d'adaptation et d'une aptitude à effectuer des ajustements rapides. Lors de l'organisation d'une production à grande échelle d'une seule variété, il convient de choisir une machine de coulée sous pression à haut rendement équipée de divers dispositifs de contrôle mécanisés et automatisés ; pour la production à grande échelle d'une seule variété de pièces moulées, il est possible de choisir une machine de coulée sous pression spécialisée.

(2) Sélection en fonction de la structure du produit et des paramètres du processus

Les dimensions, le poids, l'épaisseur de la paroi et d'autres paramètres du produit ont un impact significatif sur la sélection des machines de coulée sous pression. Le poids de la pièce moulée (y compris le système de coulée et l'auge de débordement) ne doit pas dépasser la capacité nominale spécifiée par la machine de coulée sous pression. Il ne doit cependant pas être trop faible pour éviter de gaspiller la puissance de la machine.

Pour les bijoux, la taille générale est relativement petite, et l'utilisation d'une machine de coulée sous pression de 10 à 25 tonnes est suffisante pour répondre aux besoins de production.

3.4 Processus de moulage sous pression

(1) Processus de base de la coulée sous pression

Prenons l'exemple de la machine de coulée sous pression à chambre chaude à force de vibration ; son processus est le suivant.

① Avant de commencer le moulage sous pression, il faut d'abord vérifier le niveau d'huile dans le réservoir d'huile, allumer le four électrique pour le chauffer et insérer le thermocouple pour mesurer la température ; chauffer la gaine isolante ; préchauffer le moule de moulage sous pression en fonction des exigences du processus ; fournir de l'eau de refroidissement au support d'injection et fournir de l'eau de refroidissement à d'autres pièces si nécessaire ; ouvrir la vanne du cylindre de pression et la vanne d'arrêt d'air ; mettre en marche le manomètre, démarrer la pompe à huile et l'amener à la pression requise ; après la fusion de l'alliage, immerger le piston d'injection dans l'alliage fondu, puis installer le piston d'injection ; tester l'ouverture et la fermeture du moule, et confirmer que le mécanisme est normal avant de passer à la production.

② Lors des travaux de moulage sous pression, la sécurité doit être respectée. Les opérateurs doivent porter un équipement de protection approprié et ne pas se tenir directement devant le plan de joint et la buse de coulée sous pression afin d'éviter les projections de métal qui pourraient causer des accidents. Lors du démarrage du moulage sous pression, il faut d'abord travailler en mode "manuel" pour confirmer le fonctionnement normal avant de passer en mode "semi-automatique" ou "automatique". Vérifiez régulièrement que les relevés des différents instruments sont conformes aux exigences du processus et que l'équipement fonctionne normalement. En cas d'anomalie, vérifiez en appuyant sur le bouton "arrêt d'urgence", et ne continuez à travailler qu'après le dépannage. Réglez la température de la gaine isolante en fonction des exigences du processus afin d'éviter le blocage de la buse et la surchauffe des projections métalliques. Contrôler régulièrement l'élévation de température de l'huile hydraulique, qui ne doit pas dépasser 55℃. Ajuster le débit d'eau de refroidissement si nécessaire en fonction du degré d'élévation de la température. Si l'équipement est inactif pendant plus d'une demi-heure, le piston d'injection doit être retiré et placé à côté du creuset pour être isolé. Si l'équipement est inactif pendant plus d'une heure, l'alimentation électrique doit être coupée et le robinet de la bouteille de pression doit être fermé pour éviter toute opération accidentelle et toute perte de pression dans la bouteille de pression. Le niveau de liquide métallique doit toujours immerger le piston d'injection, et le niveau maximum de liquide doit se situer à 20 mm sous le bord du creuset. Lors de l'ajout de blocs métalliques dans le creuset, la taille des blocs ne doit pas être trop importante afin d'éviter une baisse significative de la température du métal, et les blocs doivent être préchauffés en fonction du processus. Les blocs de métal mouillés ne sont pas autorisés pour éviter les accidents d'explosion.

③ Après le moulage sous pression, laisser 2/3 du métal en fusion dans le creuset ; le thermocouple peut rester dans le creuset, fermer la pompe à liquide, couper l'alimentation électrique, fermer la vanne d'alimentation en eau, retirer le piston d'injection et appliquer une fine couche d'huile de machine sur les pièces mobiles de l'équipement (telles que la tige du cylindre, la tige de guidage, le rail de glissement, etc.)

(2) Paramètres du processus de moulage sous pression

① Sélection de la pression et de la vitesse. La sélection de la pression d'injection doit être basée sur les différents alliages et les caractéristiques structurelles des pièces coulées pour déterminer, pour les bijoux en alliage de zinc, l'épaisseur de la paroi de la pièce moulée 3mm, l'utilisation de la pression d'injection de 50 - 60MPa. En ce qui concerne le choix de la vitesse de remplissage, il convient généralement de choisir une vitesse de remplissage plus faible et une pression d'injection plus élevée pour les pièces moulées à parois épaisses ou celles qui présentent des exigences de qualité interne élevées ; pour les pièces moulées à parois minces ou celles qui présentent des exigences de qualité de surface élevées, ainsi que pour les pièces moulées complexes, il convient de choisir une pression plus élevée et une vitesse de remplissage plus élevée.

② Température de coulée. La température de coulée correspond à la température moyenne du métal liquide lorsqu'il pénètre dans la cavité du moule depuis la tête de presse. Comme il n'est pas pratique de mesurer la température du métal liquide dans la chambre de pression, elle est généralement représentée par la température dans le four d'isolation.

Si la température de coulée est trop élevée, elle entraîne un retrait important, ce qui rend la pièce coulée sujette à des fissures et à une taille de grain importante, et peut également provoquer une adhérence ; si la température de coulée est trop basse, elle est susceptible de produire des coupures à froid, des motifs de surface et des défauts de coulée insuffisants. Par conséquent, la température de coulée doit être prise en compte en même temps que la pression, la température du moule de coulée sous pression et la vitesse de remplissage.

Le point de fusion de l'alliage de zinc utilisé pour le moulage sous pression est de 382-386℃ et un contrôle approprié de la température sont des facteurs importants pour contrôler la composition de l'alliage de zinc. Pour assurer une bonne fluidité de l'alliage liquide pour remplir la cavité, la température du métal liquide dans le pot de zinc de la machine de coulée sous pression est de 430-450℃. Pour les pièces complexes et à parois fines, la limite supérieure de la température de coulée sous pression peut être prise ; pour les pièces simples et à parois épaisses, la limite inférieure peut être prise. La température du métal liquide dans le four de fusion central est de. La température du métal liquide entrant dans le tuyau en col de cygne est la même que celle du pot de zinc. En contrôlant la température du métal liquide dans le pot de zinc, la température de coulée peut être contrôlée avec précision, garantissant que le métal liquide est un liquide clair sans oxydes ; la température de coulée reste stable.

③ La température du moule de coulée sous pression. Le moule de coulée sous pression doit être préchauffé à une certaine température avant d'utiliser du gaz, un chalumeau, des appareils électriques ou un chauffage par induction.

En production continue, la température du moule de coulée sous pression augmente souvent, en particulier pour les alliages à point de fusion élevé, et elle augmente rapidement. Des températures trop élevées non seulement rendent le métal liquide visqueux, mais ralentissent également le refroidissement des pièces coulées, ce qui entraîne l'apparition de gros grains. Par conséquent, lorsque la température du moule de coulée sous pression est trop élevée, certaines mesures de refroidissement doivent être prises. En règle générale, le refroidissement s'effectue à l'aide d'air comprimé, d'eau ou de produits chimiques.

④ Remplissage, pression de maintien et temps d'ouverture.

a. Temps de remplissage. Le temps nécessaire entre le moment où le métal liquide commence à pénétrer dans la cavité du moule et le moment où celle-ci est remplie est appelé temps de remplissage. La durée du temps de remplissage dépend de la taille et de la complexité de la pièce moulée. Le temps de remplissage tend à être relativement plus long pour les pièces moulées simples et de grande taille, tandis que pour les pièces moulées complexes et à parois minces, le temps de remplissage est plus court. Le temps de remplissage est étroitement lié à la surface de la section transversale de la porte intérieure ou à la largeur et à l'épaisseur de la porte intérieure, qui doivent être correctement déterminées.

b. Pression de maintien et temps d'ouverture. La durée qui s'écoule entre le moment où le métal liquide remplit la cavité et celui où la porte intérieure est complètement solidifiée sous l'action continue du poinçon d'injection s'appelle le temps de pression de maintien. La durée du temps de pression de maintien dépend du matériau et de l'épaisseur de la paroi de la pièce moulée.

Après avoir maintenu la pression, le moule doit être ouvert pour retirer la pièce coulée. Le temps écoulé entre la fin de l'injection et l'ouverture du moule est appelé temps d'ouverture. Le temps d'ouverture doit être contrôlé avec précision ; si le temps d'ouverture est trop court, la résistance de l'alliage est encore faible, ce qui peut entraîner des déformations lors de l'éjection de la pièce moulée et de la chute de la matrice d'auto-pressage ; mais si le temps d'ouverture est trop long, la température de la pièce moulée sera trop basse, ce qui entraînera une contraction importante, et il y aura également une plus grande résistance à la traction du noyau et à l'éjection de la pièce moulée. En général, le temps d'ouverture est calculé comme étant de 3 secondes pour une épaisseur de paroi de coulée de 1 mm et ajusté en conséquence après les essais.

(3) Revêtement pour la coulée sous pression

Dans le processus de coulée sous pression, les revêtements empêchent la coulée de se souder à la matrice, réduisent la résistance au frottement lors de l'éjection et évitent un échauffement excessif de la matrice. Les exigences en matière de revêtement sont les suivantes :

À haute température, il possède un bon pouvoir lubrifiant.
Point d'ébullition bas : le diluant peut s'évaporer rapidement à 100-150℃.
Pas d'effet corrosif sur les moules et les pièces moulées sous pression.
La performance est stable et le diluant ne doit pas s'évaporer trop rapidement dans l'air et devenir épais.
Aucun gaz nocif n'est libéré à haute température.
Il n'y aura pas d'accumulation de saleté sur la surface de la cavité de coulée sous pression.

3.5 Nettoyage de la coulée

Il comprend l'utilisation d'équipements tels que des machines à découper et des poinçonneuses pour éliminer les pores et les bavures, ainsi que des équipements de polissage pour nettoyer les pièces moulées.

3.6 Post-traitement

La méthode de traitement des bijoux en caoutchouc de silicone coulés par centrifugation est la même que celle présentée précédemment et ne sera pas répétée.

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Explorez le monde des agrégats de pierres précieuses - leur formation, leur structure cristalline et leur impact sur la conception des bijoux. Découvrez la dureté, le clivage et les effets spéciaux tels que l'œil de chat. Que vous soyez bijoutier, designer ou détaillant, ce guide vous aide à comprendre et à choisir les agrégats de pierres précieuses parfaits pour des bijoux étonnants et durables.

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Comment sertir parfaitement les pierres précieuses : Un guide étape par étape pour les fabricants de bijoux

Heman - Expert en produits de bijouterie 9 janvier 2025

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Table des matières

Section I Accessoires en alliages à bas point de fusion

1. Introduction à plusieurs éléments métalliques typiques à bas point de fusion

2. Alliages typiques à bas point de fusion

2.1 Alliage d'étain

2.2 Alliage de plomb

2.3 Sélection d'alliages à bas point de fusion pour la bijouterie

2.4 Caractéristiques des alliages à bas point de fusion utilisés en bijouterie artisanale

3. Catégories et caractéristiques des bijoux artisanaux en alliage à bas point de fusion

4. Entretien des bijoux en alliage à bas point de fusion

5. La sécurité des bijoux en alliage à bas point de fusion

Section II Produits en alliage de zinc

1. Alliage de zinc

1.1 Alliage de zinc pour la coulée centrifuge du caoutchouc silicone

1.2 Alliage de zinc coulé sous pression

2. Exemples de bijoux en alliage de zinc

Section III Processus de production des bijoux artisanaux en alliages à bas point de fusion

1. Procédé de coulée centrifuge du caoutchouc de silicone

1.1 Introduction au procédé de coulée centrifuge

1.2 Caractéristiques du procédé de coulée centrifuge du caoutchouc silicone

1.3 Processus de production de la fonte centrifuge en caoutchouc de silicone

Figure 4-3 Feuille de caoutchouc de silicone

2. Processus de formage par extrusion à froid

3. Processus de moulage sous pression

3.1 Caractéristiques de la coulée sous pression

3.2 Types de machines de coulée sous pression

3.3 Sélection des machines de moulage sous pression

3.4 Processus de moulage sous pression

3.5 Nettoyage de la coulée

3.6 Post-traitement

Heman

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