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– Procédés de moulage – Introduction Le moulage est un procédé d'obtention de p

– Procédés de moulage – Introduction Le moulage est un procédé d'obtention de pièces brutes qui consiste à couler par gravité ou sous pression, du métal fondu, obtenu par chauffage dans un four, dans un moule présentant une empreinte. Après solidification et refroidissement de l'alliage, on obtient les formes et les dimensions de la pièce souhaitées. – Données économiques Les dernières statistiques datent de 2001. On constate que la France se classe au 7ème rang mondial et au 2ème rang européen des producteurs de pièces moulées. Confrontées à la montée en puissance des productions asiatiques et la stagnation du marché européen, les chiffres de production baissent régulièrement depuis 2000 (environ 2% par an). Toutefois la balance commerciale (différence entre importations et exportations) reste excédentaire d'environ 600 M€ mais subit une baisse de 5%. En effet la plupart des biens exportés (voitures, avions, ...) comportent des pièces de fonderie. La fabrication sur catalogue, aussi appelée fonderie sur album, représente les pièces standards qui peuvent être fabriquées : radiateurs, plaques d'égout ... En 2002 cette production représentait environ 800 000 tonnes dont 700 000 pour la fonderie de bâtiment seule. On constate que tous les secteurs sont clients. La majeure partie des fabrications, quelque soit l'alliage étant destinée au secteur automobile. En décembre 2002, il restait 525 fonderies actives en France soit une baisse de 7% par rapport à 2001.Parmis ces fonderies, il y a 143 fonderies de moins de 10 salariés. Le rythme des fermetures s'est accéléré suite aux difficultés rencontrées dans ce secteur. – Métaux et alliages fusibles usuels On constate que la plupart des métaux connus sont employés. Ce qui va limiter leur utilisation c'est, en premier lieu, leur température de fusion qui conditionne les moyens mis en oeuvre pour faire fondre la matière et la capacité des moules a résister à cette chaleur lors de la coulée. Nous verrons tout cela plus en détail lors de l'étude des modes de moulage. Les entreprises qui réalisent les opérations de fonderie sont spécialisées car le matériel est couteux. On distinguera alors les entreprises de fonderie de fonte et aciers, matériaux cuivreux, alliages d'aluminium, alliages de zinc. – Vocabulaire technique utilisé en fonderie Modèle : Objet destiné à être reproduit. Il est l'œuvre du modeleur. Moule : Corps suffisamment solide et façonné pour recevoir un métal ou un alliage en fusion (fonderie en moule permanent). Châssis : Cadre en métal destiné à maintenir le sable comprimé autour du modèle (fonderie en moule non permanent). Dépouille : Elle est prévue sur le modèle afin de l'extraire sans provoquer l'effritement du sable lors de sa sortie. Masselotte : Excédent de matière qui permet de déplacer la retassure hors de la pièce. Retassure : Principal défaut de fonderie dont la cause est due à la contraction de l'alliage lors de sa solidification. Joint de moule (plan de joint) : Séparation entre les châssis. Une pièce peut être réalisée avec plusieurs châssis donc plusieurs plans de joint. Noyau : Réalisé en sable, il permet d'obtenir les formes intérieures. Il est réalisé dans une boite à noyau (fonderie en moule non permanent). Event : Canal destiné à faciliter l'échappement des gaz formés au moment ou le métal chaud entre en contact avec la surface de l'empreinte (en incluant l'air présent dans le moule). Décochage : Opération qui consiste à libérer la pièce du moule lorsque le métal est solidifié. Ebarbage : Opération qui permet d'enlever les différentes parties superflues (canaux d'alimentation, masselottes, évents ...) pour obtenir la pièce brute. Chape : Tout châssis intermédiaire entre le châssis supérieur et le châssis inférieur. – Types de moulage Moule non permanent : Le procédé le plus classique : moulage en sable convient particulièrement pour les métaux avec un haut point de fusion (acier, fonte). Très utilisé pour les grosses pièces. Permet la production de petite série (unitaire pour moulage au trousseau) jusqu'aux grandes séries (plaque modèle métallique). Modèle non permanent : On réalise une réplique de la pièce à fabriquer dans un matériau facile à éliminer par fusion (cire), combustion (résine), gazéification (polystyrène). On revêt cette pièce d'un enduit réfractaire (qui conserve sa forme sous l'action de la chaleur). On complète le châssis avec du sable. Le procédé est couteux mais c'est celui qui permet d'obtenir le meilleur état de surface. Moule permanent : Le moulage en coquille s'apparente au moulage des matières plastiques. Il est surtout utilisé pour les matériaux dont le point de fusion est inférieur à 900°C (alliage d'aluminium, de zinc, de cuivre, plastique). Le prix du moule à réaliser étant élevé, il faut produire de moyennes ou grandes séries. On distingue deux procédés principaux : le moulage par gravité et le moulage sous pression. – Traitement thermique des pièces moulées Différents traitements thermiques peuvent être effectués sur les pièces obtenues par moulage. Le traitement approprié est fonction du matériau constitutif et la pièce et de son utilisation. – Modifications recherchées On peut modifier les caractéristiques suivantes : – structurale : forme et dimension, répartition des constituants sans changer leur nature. – Teneur d'élément d'un alliage. – Dureté superficielle. – Contraintes internes. – Traitements appliqués – Stabilisation – Principe : Modification en intensité et en répartition des contraintes internes de la pièce, nées de l'anisothermie du refroidissement, sans modifier la nature des constituants : recherche d'un état physico-chimique stable du matériau qui entraine une stabilité géométrique et structurale. – Matériaux traités : – Aciers : pièces soumises à de fortes sollicitations (engrenages ...) ou à des chocs thermiques (moteurs à explosion, outils ...) – Fontes : pièces volumineuses devant avoir une grande stabilité à l'usage (éléments de machine ...) – Alliages d'aluminium : pièces devant être usinées (impossibles à durcir), utilisées dans des conditions sévères (piston de moteur à explosion ...). – Alliages de magnésium : pièce devant être usinée. – Traitement effectué : – Aciers, fontes : chauffe jusqu'à 300°C mini puis maintien en température (12 à 24h) puis refroidissement lent. – Alliages d'aluminium : chauffe entre 150 et 350°C puis maitien en température entre 2 et 12h selon les dimensions de la pièce puis refroidissement lent. – Alliages de magnésium : chauffe de la pièce à 250°Cpuis maintien en température 15 à 20h puis refroidissement lent. – Recuit de normalisation – Principe : Homogénéisation des structures perlitiques des aciers et des fontes. On cherche à homogénéiser la dureté. – Matériaux traités : – Aciers non alliés ou faiblement alliés : recherche d'une structure de perlite fine. – Acier à faible teneur en carbone : recherche d'une structure martensitique ou bainitique. – Fonte : réduction de la ferrite libre. – Traitement effectué : Chauffe de la pièce entre 900°C et 1050°C durant 1 à 3h puis refroidissement à l'air calme. – Durcissement (trempe et revenu) – Principe : Augmentation de la dureté, de la résistance à la rupture, et en particulier de la limite élastique. – Matériaux traités : – Aluminium et alliages – Traitement effectué : – Homogénéisation, trempe et durcissement du matériau : chauffe de la pièce entre 450 et 600°C, durant plusieurs heures (6 à 15h); trempe par refroidissement rapide produisant une solution solide mais instable; – puis revenu : maintien de la pièce à environ 200°C durant plusieurs heures 5 à 15h : durcissement structurel. – Malléabilisation – Principe : Faciliter un usinage extérieur. – Matériaux traités : – Selon le traitement appliqué, la fonte malléabilisé sera à cœur blanc, à cœur noir (graphite nodulaire ferritique), à graphite nodulaire perlitique. – Aluminium et alliages – Traitement effectué : – Fonte à cœur blanc : Obtenue en décarburant le matériau, par chauffe de la pièce à 1 000°C, en atmosphère contrôlée d'oxyde de carbone, durant 50 à 100h; refroidissement très lent (10°C par heure) jusqu'à 650°C et refroidissement final plus rapide (30°C par heure) – Fonte à cœur noir : Obtenue en graphitisant le matériau (le carbone précipite à l'état de graphite) par chauffe de 800 à 900°C durant 10 à 20h; refroidissement très lent (3°C par heure) jusqu'à 650°C puis refroidissement rapide. – Fonte à graphite nodulaire perlitique : Obtenue par une double trempe et un revenu de la pièce : chauffe à 1 000°C pendant 10 à 15h et trempe à l'air puis chauffe à 800°C durant 3 à 4h et trempe à l'huile; revenu à 650°C. – Conception des pièces moulées – Introduction La qualité de la pièce obtenue dépend plus du soin pris par le concepteur dans son tracé que de la dextérité du mouleur. Une mauvaise conception entrainera dans le meilleur des cas un surcout pour la fabrication ou une modification ultérieure de la pièce à mouler. Dans le pire des cas, cela entrainera un refroidissement irrégulier qui créé des contraintes internes et peut amener à la rupture de la pièce lors du refroidissement ou en fonctionnement. Il faut donc respecter les quelques règles ci-dessous lors de la conception. – Poids des pièces Le poids de la pièce que l'on va pouvoir réaliser dépend de la technique de moulage, notamment moule permanent ou non, et aussi uploads/Industriel/ cours-d-elaboration-des-pieces-brutes-moulage.pdf