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Ensam Bordeaux JMG Page 1 / 40 SOMMAIRE 1 Historique, situation actuelle et per

Ensam Bordeaux JMG Page 1 / 40 SOMMAIRE 1 Historique, situation actuelle et perspectives d’avenir .................................................................................................................................. 2 2 Le concept de fonderie ....................................................................................................................................................................................... 4 2.1 Particularités liées au procédé ............................................................................................................... 4 2.1.1 d’ordre géométrique ........................................................................................................................ 4 2.1.2 d’ordre métallurgique ...................................................................................................................... 4 2.1.3 tracé des pièces ................................................................................................................................ 4 2.1.4 série à fabriquer ............................................................................................................................... 4 2.2 Organigramme de fabrication d’une pièce moulée ................................................................................. 5 2.3 Possibilités offertes aux pièces moulées .................................................................................................. 6 3 Les outillages de fonderie .................................................................................................................................................................................. 7 3.1 Facteurs déterminants sur la conception des outillages ......................................................................... 7 3.2 Classes des modèles et tolérances de fonderie ........................................................................................ 8 3.3 Types de modèles..................................................................................................................................... 9 3.4 Matériau de construction des outillages ................................................................................................. 9 4 Moulage en moule destructible....................................................................................................................................................................... 10 4.1 Moulage au sable silico-argileux .......................................................................................................... 10 4.2 Moulage en sable à prise chimique ....................................................................................................... 13 4.3 Régénération des sables ........................................................................................................................ 14 4.4 Moulage en carapace ............................................................................................................................ 15 4.5 Moulage à la cire perdue ...................................................................................................................... 16 4.6 Moulage en V-Process .......................................................................................................................... 17 4.7 Procédé modèle gazéifiable (lost foam) ................................................................................................ 18 5 Moulage en moule permanent ........................................................................................................................................................................ 20 5.1 Coulée en coquille par gravité .............................................................................................................. 20 5.2 Coulée en coquille basse pression ........................................................................................................ 23 5.3 Coulée sous pression ............................................................................................................................. 25 5.4 Coulée par centrifugation ..................................................................................................................... 27 5.5 Coulée continue ..................................................................................................................................... 28 5.6 Thixomoulage ........................................................................................................................................ 29 5.7 Moulage forgeage (squeeze casting) ..................................................................................................... 30 6 Procédés de fusion ............................................................................................................................................................................................ 32 6.1 Le cubilot............................................................................................................................................... 32 6.2 Fusion au gaz naturel ........................................................................................................................... 34 6.3 Fusion électrique ................................................................................................................................... 35 6.3.1 fours à résistances .......................................................................................................................... 35 6.3.2 Fours à induction ........................................................................................................................... 36 6.3.3 Four à arc ...................................................................................................................................... 38 7 La finition et la qualité des pièces .................................................................................................................................................................. 39 Ensam Bordeaux JMG Page 2 / 40 La fonderie représente l’industrie de mise en œuvre des produits métalliques moulés, elle maîtrise la métallurgie des alliages ainsi que la géométrie des pièces à réaliser aussi variées que la mécanique, le chauffage, les réseaux de fluides, les équipements, le culinaire ou l’activité artistique. 1 Historique, situation actuelle et perspectives d’avenir Les découvertes faites au cours des fouilles exécutées à travers le monde prouvent que l’art de fondre les métaux remonte à la plus haute antiquité. Le premier alliage fondu par l’homme pourrait être le bronze qui était alors désigné sous le nom d’airain. On a retrouvé des objets en bronze fabriqués 3000 ans avant J.C. et il est prouvé que les Egyptiens eux-mêmes connurent la fusion du bronze au moins 2000 ans avant l’ère chrétienne. Les Grecs et les Romains plus tard, employèrent des alliages de cuivre pour la fabrication de leurs outils agricoles. En Europe, l’art d’élaborer et de travailler le fer remonte à 1000 ans avant J.C. Le 6èmesiècle consacra le bronze qui fut employé d’abord à la fabrication des cloches puis plus tard dans les mortiers et les canons. Le 14èmesiècle vit apparaître un nouvel alliage : la fonte de fer appelée plus communément fonte. Les hauts fourneaux firent leur apparition à la fin du 15èmesiècle. Ils étaient chargés au charbon de bois et le métal qu’ils produisaient était coulé directement dans des moules. Le 18èmesiècle marqua une évolution très importante de l’art de fondre grâce à l’invention de la machine à vapeur qui mit ainsi à la disposition des fondeurs d’importantes sources de force motrice. Le principal appareil de fusion : le cubilot, est une invention du français Réaumur. Il permet de refondre économiquement la fonte obtenue dans les hauts fourneaux des sidérurgistes. A la même époque, ce savant produisit la fonte malléable qui donna une grande extension aux produits moulés : aux qualités mécaniques des fontes grises (résistance à l’abrasion et au frottement, amortissement des vibrations) venaient s’ajouter les caractéristiques d’allongement. Le champ de la fonderie s’étend au 19èmesiècle grâce aux procédés d’élaboration de l’acier, à partir de la fonte, par les procédés de l’anglais Bessemer et plus tard du français Martin. Enfin apparaît la fonte malléable américaine ou à cœur noir de l’américain Boyden. Le 20èmesiècle voit se développer de nouveaux alliages et des éléments inconnus jusqu’alors : l’aluminium mis au point par le français Sainte Claire Deville, est le point de départ de toute la gamme des alliages légers. L’allégement des pièces en aéronautique se développe grâce au magnésium. Ensam Bordeaux JMG Page 3 / 40 L’énergie électrique, disponible dans l’industrie, permet le développement de la fusion au four à arc en aciérie, en four à résistance et par induction pour la fonte, les alliages d’aluminium et les cuivreux. Aujourd’hui, la fonderie représente un secteur important de l’activité industrielle, fournissant des produits finis directement utilisables, ou des pièces venant s’intégrer dans des ensembles mécaniques une fois qu’elles sont usinées. Suivant le type d’activité, on classe les fonderies en 3 grands secteurs : • fonderie pour production de moyenne et grande série : installations souvent très mécanisées et automatisées. Moulage en sable à vert pour la majorité, en coquille, centrifugé, en carapace, en cire perdue. Dans cette catégorie on distingue les fonderies intégrées appartenant à un ensemble industriel et fournissant les pièces brutes nécessaires à la fabrication du groupe, et les fonderies autonomes appelées aussi fonderies sur modèles, celui-ci étant réalisé d’après les plans du client. • fonderie de pièces unitaires et de petites séries : elles utilisent des procédés de moulage en sable silico-argileux ou en sables autodurcisseurs. • fonderie d’art et d’ornement : elles mettent en œuvre des procédés de moulage traditionnel mais aussi le moulage en cire perdue. Ces fondeurs ont associé par leur talent le nom de la fonderie aux oeuvres des plus grands artistes sculpteurs. Position sur le plan économique : La fonderie française occupe le 7èmerang mondial après les U.S.A., la Chine, la C.E.I., le Japon, l’Allemagne et l’Inde, elle se place donc au 2èmerang européen. La production est de 2,7 millions de tonnes et 5,5 milliards d’euros HT de chiffre d’affaires avec un taux d’exportation d’environ 35%. Elle occupe 43 300 personnes dans 625 établissements. Les principaux marchés sont : aéronautique et spatial, automobile cycle moto, bijouterie orfèvrerie arts de la table, chauffage, construction électrique appareils ménagers, construction navale, fonderie d’art, industrie ferroviaire, machine outil construction mécanique, machinisme agricole, manutention levage, robinetterie pompes compteurs, serrurerie quincaillerie, voirie bâtiment mobilier urbain. Dans un contexte économique caractérisé par l’émergence des pays à faibles coûts salariaux, la fonderie française s’attache à développer ses parts de marché en respectant les délais, en améliorant la qualité et en consacrant d’importants efforts à la recherche et au développement. Les axes de travail concernent : • la réduction des coûts de production. • la maîtrise des procédés d’élaboration et traitement des alliages, de fabrication des empreintes et des pièces, de pilotage et contrôle des processus. • l’amélioration de caractéristiques des matériaux. • les actions permettant la protection de l’environnement. Ensam Bordeaux JMG Page 4 / 40 2 Le concept de fonderie Le produit fini est la pièce brute de fonderie, celle-ci devra satisfaire certaines exigences pour être réalisable dans des conditions satisfaisantes. 2.1 Particularités liées au procédé 2.1.1 d’ordre géométrique Tolérances dimensionnelles : les normes indiquent l’écart maximal autour d’une cote nominale si le fondeur met en œuvre le procédé requis, elles donnent également la valeur des surépaisseurs d’usinage à prévoir sur les faces dans le cas où la tolérance requise par le cahier des charges ne peut être obtenue brut de coulée. Dépouille : c’est une inclinaison des faces dont une direction est parallèle à la direction de démoulage, afin de faciliter ce démoulage, la valeur moyenne est de 3°, elle peut être majorée ou diminuée dans des cas particuliers. Cela se traduit généralement par une épaisseur de matière supplémentaire par rapport au plan. Epaisseur minimale : elle permet d’assurer le remplissage complet de l’empreinte, l’ordre de grandeur est de 4 à 5 mm pour les fontes et de 4 mm pour les alliages d’Al, il faut également tenir compte de la longueur à remplir. Aménagements de formes : ils font l’objet de discussions entre le concepteur (bureau d’études) et le fondeur, dans le but de faciliter le moulage en simplifiant les outillages ou de réduire le parachèvement. Il est recommandé de prévoir des épaisseurs régulières et des raccordements progressifs aux changements d’épaisseurs. 2.1.2 d’ordre métallurgique Elaboration de l’alliage à la composition désirée (dans les limites réalisables). Possibilité d’influer sur la structure finale du produit par le gradient thermique imposé, solidification dirigée. 2.1.3 tracé des pièces Des règles sont à respecter pour éviter les contraintes résiduelles ou les déformations géométriques. 2.1.4 série à fabriquer Cette notion détermine le procédé à mettre en œuvre pour produire dans des conditions économiquement viables. Le choix du procédé aura une incidence sur la qualité du produit (précision dimensionnelle, métallurgie, état de surface,...) Ensam Bordeaux JMG Page 5 / 40 2.2 Organigramme de fabrication d’une pièce moulée L’établissement du plan de définition fait appel à la collaboration du fondeur et du projeteur, afin d’optimiser les performances techniques et économiques du produit. Dans les grosses entreprises le service outillage modelage est intégré, dans les autres on fait appel à un outilleur indépendant. La phase simulation numérique permet de valider les décisions prises par le uploads/Industriel/ procedes-de-fonderie.pdf