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Cours sur fonderie principes , méthodes et toute autre information sur les avantages et les inconvénients

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1
Procédés de fabrication mécanique
C’est un des procédés de formage des métaux qui consiste à
couler un métal ou un alliage liquide dans un moule pour
reproduire, après refroidissement, une pièce donnée.
La fonderie comprend la fonderie des métaux ferreux, fonte , et
acier. Elle intègre également la fonderie des métaux non ferreux,
aluminium , cuivre, et zinc et leurs alliages.
Les techniques employées dépendent de l’alliage fondu, des
dimensions, des caractéristiques et des quantités de pièces à
produire.
Applications: automobile, sidérurgie, matériel de manutention,
équipement industriel, matériel électrique, aéronautique, etc.
Généralités
2
Les avantages de la fonderie :
- Réalisation de pièces aux formes précises plus ou moins
complexes présentant des cavités importantes.
- Le poids unitaire des pièces peut varier de quelques grammes à
plusieurs dizaines de tonnes.
- Obtention rapide et économique de pièces dont les
caractéristiques mécaniques sont garanties.
3
Généralités
Les inconvénients de la fonderie :
• Précision dimensionnelle / procédé.
• Défauts internes possibles.
• Grandes quantités d’énergies.
• Tailles des infrastructures.
• Sécurité.
• Adaptation des formes de la pièce.
4
Généralités
Les alliages utilisés en fonderie :
- La qualité d’une pièce moulée dépendra du matériau et des
conditions de coulée. L’étude de l’alliage et du mode
opératoire précède toute manipulation. En effet, lors d’une
opération de fonderie, le fondeur ne peut intervenir que sur les
paramètres liés à la coulée (t° du métal, vitesse de
remplissage…), à la pièce (formes et dimensions) et au moule
(nature, qualité, température, mode d’alimentation et mode de
refroidissement…).
5
Généralités
La production des pièces en fonderie est généralement classée en
- 80 % En fonte
- 14 % En acier
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  • 2. C’est un des procédés de formage des métaux qui consiste à couler un métal ou un alliage liquide dans un moule pour reproduire, après refroidissement, une pièce donnée. La fonderie comprend la fonderie des métaux ferreux, fonte , et acier. Elle intègre également la fonderie des métaux non ferreux, aluminium , cuivre, et zinc et leurs alliages. Les techniques employées dépendent de l’alliage fondu, des dimensions, des caractéristiques et des quantités de pièces à produire. Applications: automobile, sidérurgie, matériel de manutention, équipement industriel, matériel électrique, aéronautique, etc. Généralités 2
  • 3. Les avantages de la fonderie : - Réalisation de pièces aux formes précises plus ou moins complexes présentant des cavités importantes. - Le poids unitaire des pièces peut varier de quelques grammes à plusieurs dizaines de tonnes. - Obtention rapide et économique de pièces dont les caractéristiques mécaniques sont garanties. 3 Généralités
  • 4. Les inconvénients de la fonderie : • Précision dimensionnelle / procédé. • Défauts internes possibles. • Grandes quantités d’énergies. • Tailles des infrastructures. • Sécurité. • Adaptation des formes de la pièce. 4 Généralités
  • 5. Les alliages utilisés en fonderie : - La qualité d’une pièce moulée dépendra du matériau et des conditions de coulée. L’étude de l’alliage et du mode opératoire précède toute manipulation. En effet, lors d’une opération de fonderie, le fondeur ne peut intervenir que sur les paramètres liés à la coulée (t° du métal, vitesse de remplissage…), à la pièce (formes et dimensions) et au moule (nature, qualité, température, mode d’alimentation et mode de refroidissement…). 5 Généralités
  • 6. La production des pièces en fonderie est généralement classée en - 80 % En fonte - 14 % En acier - 6 % En alliages non ferreux 6 Généralités
  • 7. On distingue principalement la fonderie effectuée avec des moules dits non-permanents, ou "moules perdus", généralement en sable (ou cire) et la fonderie avec des moules permanents en métal, qu'on appelle aussi "coquilles". Le moule permanent est fabriqué pour une grande productivité, il concerne les aciers, les métaux légers et ses alliages Le moule non permanant est artisanal, et fabriqué sur des prototypes par entassement de sables (silico argileux) ou cire pour une destruction et recyclage après la coulé. Pour des faibles cadences le moule non permanant est économiquement rentable par rapport au moule permanent A- Procédé de moulage des métaux 7 Généralités
  • 10. Principe de base Moulage non permanent 10
  • 12. Le moule : C’est l’ensemble des éléments appropriés, délimitant l’empreinte, et recevant le métal liquide qui après solidification donnera la pièce. Moulage non permanent 12
  • 13. Caractéristiques des alliages de fonderie : La gamme des matériaux moulables est très étendue, les principaux alliages utilisés sont les fontes, les aciers, les alliages de cuivre, aluminium, zinc, magnésium, plomb, etc. Qualités des alliages de fonderie : • Coulabilité • Absence de formation de criques (Fissurations à chaud causées par le retrait du métal) • Bonne répartition de la porosité due au retrait qui accompagne la solidification Moulage non permanent 13
  • 14. Le modelage : Le modèle est l’appareil utilisé pour la réalisation économique de l’empreinte dans le moule. Les principaux facteurs influant sur sa conception sont le nombre de pièce à fabriquer, la précision demandée, les dimensions et formes des pièces, la méthode de moulage et de noyautage choisie. Conception des modèles : Lors de leur réalisation, il convient de tenir compte d’un certain nombre de facteurs : Le retrait : C’est un phénomène physique de contraction du métal (ou alliage) lors de sa solidification (recristallisation). Moulage non permanent 14
  • 15. Le retrait oblige le modeleur à prévoir sur le modèle des dimensions supérieures à celles de la pièce, d’environ : - 1,2 à 2,4% pour les aciers - 1 à 1,5% pour les fontes - 1,2 à 1,6% pour les alliages d’aluminium et cuivreux Les surépaisseurs d’usinages : Réserves de matière nécessaires à l’usinage, elles sont fonction du nombre de passes effectuées et des copeaux minima (ébauche, semi-finition, finition). Moulage non permanent 15
  • 16. La dépouille Inclinaison des parois verticales du modèle ou boîte à noyaux par rapport au sens de démoulage, elle permet de faciliter l’extraction du modèle en moulage sable ou de la pièce en moulage coquille. Le sens du démoulage est défini par le plan de joint. Moulage non permanent 16
  • 17. Les congés : Arrondis de rayon variable qui permet d’éviter les tensions internes et de faciliter le démoulage. Les portées de noyau : Parties rapportées au positif sur les modèles avec noyau pour maintenir, soutenir et positionner ces derniers. Les noyaux : dans le cas d’une pièce comportant des cavités, pour obtenir ces évidements il est nécessaire de réaliser des parties de moule indépendantes dans des boîtes à noyaux. Moulage non permanent 17
  • 18. Les masselottes Ce sont des réserves de métal liquide, ménagées dans les moules, destinées à céder du métal à la pièce pendant sa solidification. Elles permettent, en outre, de localiser les défauts internes à l’extérieur des pièces, les impuretés remontant en surface. Pour le moulage en sable et en coquille. Elles sont placées où la solidification se fait en dernier lieu. Moulage non permanent 18
  • 20. Après fabrication des moules par CFAO , et Automatisation des déplacement des demis moule, coulé et système de réinjection après solidification La préparation de la pièce nécessite la fabrication de noyaux, tiroirs, système de masselottage Après coulé du métal et refroidissement: la pièce obtenue passe par l’usinage (Elimination des évents, bavures, masselottes Polissage (rectification, sablage, jet d’eau , etc..) Traitement thermique si nécessaire pour chercher la morphologie, et caractéristiques physiques et mécanique demandées Contrôle de qualité : CND, Résilience, traction, micrographie .. B- moulage en moule permanent Fabrication en moule Permanent Moulage en moule permanent 20
  • 21. -Fermeture du moule - Coulée du métal en fusion - Refroidissement: solidification de la matière - Ouverture du moule - Ejection de la grappe - Poteyage - Fermeture du moule B- moulage en moule permanent Dans l’industrie les cycles sont automatisés et chaque moule a sa cadence de production 21 Moulage en moule permanent
  • 22. 22 Moulage en moule permanent
  • 23. Avantages • Bonne précision dimensionnelle. • Bonne qualité géométrique • Bon état de surface (Ra 1,6 mm) Inconvénients • Prix outillage élevé  série importante • Masse et dimensions de la pièce limitées. 23 Moulage en moule permanent
  • 24. 24 Moulage en moule permanent
  • 25. Principaux défauts • Retassures • Soufflures • Criques • Inclusions
  • 26. Retassure Ce défaut entraîne un manque de compacité de la pièce et se caractérise par une cavité interne ou externe à paroi rugueuse. La cause principale est le retrait à l’état liquide et la contraction de solidification, le mécanisme de formation de ce défaut résultant de la déficience d’alimentation en alliage liquide de la partie concernée. Principaux défauts
  • 27. • Comme les retassures mineures, les soufflures sont comptées comme des porosités. La seule différence morphologique est qu’elles sont sphériques et lisses à l’intérieur. • Les soufflures proviennent des gaz dissout dans le liquide, se libérant en phase liquide à cause de la chute de sa solubilité avec la température Principaux défauts Soufflures
  • 28. Des particules piégées dans le métal solide. Généralement non métalliques Proviennent de l’extérieur sous formes (morceaux de réfractaires, fragments de laitier, les couches d’oxydes) Principaux défauts Inclusions
  • 29. • C’est un défaut d’origine mécanique à chaud. • Les forces qui génèrent ce déchirement proviennent de la contraction du métal à la solidification et au refroidissement. • La température à laquelle le déchirement se produit se situe dans l’intervalle de solidification, à des fractions solides élevées (80 à 99%de solide). Principaux défauts Criques (déchirures)
  • 30. • Le Mouleur est celui qui fabrique un moule en sable, à partir d'un modèle. • Le Noyauteur est celui qui prépare les noyaux qui seront incorporés au moule pour réaliser les parties en creux ou en contre-dépouille de la pièce. • Le Modeleur est celui qui fabrique le modèle en bois ou en résine. • Le Mouliste est celui qui fabrique un outillage permanent (moulage coquille et moulage sous pression). • Le Fondeur est celui qui s'occupe des fours de fusion, qui prépare le métal avant la coulée ; et aussi, par extension, celui qui fournit des fonderies à ses clients. Terminologie 30
  • 31. • Le Décocheur est celui qui casse les moules pour sortir la pièce brute de coulée. • L'Ebarbeur est celui qui finit la pièce en la séparant de son système de remplissage et d'alimentation et en meulant les bavures éventuelles. • Le Grenailleur ou le Sableur est celui qui s'occupe de grenailler ou de sabler les pièces (bombardement de particules solides tels que billes d'acier ou corindon pour décaper le sable adhérent à la pièce brute de coulée). • Noyauter consiste à réaliser les noyaux qui seront incorporés au moule. Terminologie 31
  • 32. • Démouler, dans le cas du moulage sable, consiste à ôter le modèle du moule. • Remmouler (prononcer ren-mouler et non re-mouler), toujours au sable, consiste à assembler avec précision, juste avant la coulée, toutes les parties du moule qui ont été préparées séparément : dessous, dessus, chapes, noyaux, bassins de coulée, etc. • Décocher consiste à débarrasser la pièce coulée du sable qui l'entoure ou qu'elle contient. • Débourrer, consiste à extraire d'une pièce, après coulée et solidification, le sable qui constituait les noyaux. • Ejecter, consiste à sortir la pièce en moule permanent (gravité, basse pression et sous pression) à l'aide d'éjecteurs métalliques reliés à une batterie d'éjection Terminologie 32
  • 33. Proposer un tracé de moulage de la pièce ci-contre comprenant : - le tracé du moule - la position de la surface de joint - le tracé des (éventuels) noyaux - le système de coulée et les évents. Application 33