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Procédés de fabrication
Pr. Radouane BENMESSAOUD
Année universitaire:2023/2024
Deuxième année du cycle ingénieur, Génie Electromécanique
Ensemble de techniques visant l'obtention d'une pièce ou d'un objet par
transformation de matière brute
Généralités
La classification est effectuée suivant le degré de finition de la pièce
Définition
Catégories (𝟏𝒊è𝒓 type de classification)
2
Primaire : Mise en forme à partir d’un semi-produit
Secondaire : Mise en forme de surface fonctionnelle
Tertiaire : Augmentation de la qualité pièce (polissage)
La classification est effectuée suivant l’enlèvement de la matière
Catégories (𝟐𝒊è𝒎
type de classification)
3
Par enlèvement de matière
Par ajout de matière
Par transformation (moulage)
Par déformation
Généralités
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Par ajout de matière
Par enlèvement de matière
4
A partir d’un bloc , on crée les formes de la pièce en enlevant la
matière à l’aide d’un outil (usinage,…)
A partir d’un plateau vide, et on ajoute de la matière pour créer
la pièce (dépôt de fil abs,….)
Catégories (𝟐𝒊è𝒎
type de classification)
Généralités
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Par déformation
Par transformation (moulage)
5
On coule la matière à l’état liquide ou pâteux dans un moule, et
on obtient la pièce après solidification (Injection plastique,…)
On part d’un matériau en feuille que l’on déforme à l’aide d’un
outillage spécifique (Découpage,…)
Catégories (𝟐𝒊è𝒎
type de classification)
Généralités
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
6
Catégories (Autre type de classification)
Suivant la forme et la
cohésion de la matière
Généralités
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Couplage matériau-procédé
7
Généralités
Relation entre le choix du matériau et le processus de fabrication
dans la conception et la fabrication des composantes
La connaissance et la maitrise du couple matériau-procédé est essentielle
pour obtenir des produits finis avec un rapport qualité/prix optimal
Points clés à considérer (Couplage matériau-procédé)
Le choix du matériau doit assurer une conformité entre ses
propriétés (physiques, chimiques,…) et celles exigées dans le
produit final. (exemple :choix de l’aluminum au lieu du
plastique lorsqu’on exige des produits résistants et légers
Propriétés du matériau
Définition
Utilité
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Couplage matériau-procédé
8
Généralités
Procédé de fabrication Certains matériaux sont adaptés à certains procédés que
d'autres (ductilité, conductivité thermique, aptitude au moulage,
soudabilité, etc.)
Le choix du couple matériau/procédé peut avoir un impact significatif
sur les coûts de fabrication
Les procédés ont des exigences spécifiques en terme de
matériau
Coût
Nécessité de trouver un compromis entre performance du
produit, disponibilité des matériaux et coûts de fabrication
Points clés à considérer (Couplage matériau-procédé)
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Couplage matériau-procédé
9
Généralités
Le couplage peut influencer la durabilité (capacité intrinsèque du
produit à durer ou espérance de vie) et la durée de
vie(durée effective d'utilisation) du produit.
Exemple: certains matériaux sont plus résistants à la corrosion,
ou à l'usure, ce qui peut avoir un impact significatif sur
l’application du produit
Durabilité et durée de vie
Le choix du couple matériau/procédé doit donc être conforme
aux réglementations du secteur d’application (Aérospatiale,
Automobile, etc.)
Normes et réglementations
Points clés à considérer (Couplage matériau-procédé)
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Couplage matériau-procédé
10
Généralités
Nécessité de considérer la recyclabilité des matériaux,
leur empreinte carbone, et leur impact environnemental
Recyclage et durabilité
environnementale
Points clés à considérer (Couplage matériau-procédé)
Approche itérative
Lorsque le choix ne donne pas satisfaction ou qu’il faut intégrer
une modification géométrique importante, la démarche
proposée peut être reprise à partir de l’étape nécessaire
Couplage matériau-procédé Démarche
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
11
Lorsqu’il s’agit d’une évolution, d’une amélioration ou d’une
reconception suite à une modification du cahier des charges,
l’étude se limite souvent à une vérification de la pertinence du
choix du couple matériau-procédé initial ou à la modification
du choix du matériau
N.B: La reconception d’une pièce ou du produit est entamée dans le cas de l’apparition d’une nouvelle nuance de matériau,
ou l’amélioration d’un procédé de transformation
Couplage matériau-procédé
Généralités
Vérification de la pertinence du choix
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Caractéristiques mécaniques (Rm, Rp0.2, allongement, limite
d'endurance en fatigue)
Tenue en fonctionnement à chaud (220°C, 400°C, ...)
Masse volumique (recherche d'allègement)
Résistance à l'usure
Conductivité ou la diffusivité thermique (ou électrique)
Tenue à la corrosion
Critères techniques
Critères de choix
12
Généralités
Couplage matériau-procédé
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
13
Disponibilité des sources d'approvisionnement (fournisseur)
Approvisionnements
Prix matière (et son évolution possible)
Coûts récurrents
Coûts non récurrents (prototype, outillage de série, mise au point
initiale, échantillons initiaux)
Autres coûts indirects (emballage, transport, ..., contrôle qualité)
Critères économiques
Critères de choix
Couplage matériau-procédé
Généralités
Assemblage du matériaux de la pièce ou du sous-ensemble (avec
d'autres matériaux)
Usinabilité
Possibilité de déformation (à froid ou à chaud)
Possibilité d'automatisation du process de fabrication
Traitements thermiques ou traitements de surface ultérieurs (anti-
corrosion, ...)
Critères technologiques
14
(liés à l'environnement de la pièce)
Critères de choix
Couplage matériau-procédé
Généralités
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Emission de CO2 (ou de gaz à effet de serre plus globalement) du
matériau et du process retenu (en intégrant la production primaire, le
transport, ...)
Facilité de recyclage ou facilité de démontage en fin de vie du
produit
Epuisement (ou non) de la réserve mondiale de matériau et la
possibilité de trouver facilement des matériaux de substitution pour
remplir la même fonction
Impact sociétal
Critères
d'éco-conception
15
Critères de choix
Couplage matériau-procédé
Liés au concept de
développement durable
Généralités
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Les graphes appelés « cartes de sélection » permettent de choisir dans un premier temps la famille de
matériaux à utiliser (voir ci-dessous) après établissement des critères de choix.
16
Couplage matériau-procédé Graphes de selection
Généralités
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Procédés de fabrication: Partie 1 (Fonderie)
17
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Le moulage ou fonderie est un ensemble de procédés qui permet de réaliser des pièces métalliques brutes
Présentation du procédé
18
Réaliser les pièces par coulée du métal en fusion dans un moule en sable ou en métal
Le métal reproduit les contours et les dimensions de l'empreinte du moule (après solidification)
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Présentation du procédé :Données statistiques (FÉDÉRATION FORGE-FONDERIE,2021)
19
En France, 3è𝑚𝑒
producteur européen en tonnage, ces professions représentent 5,5 milliards d’euros de chiffre d’affaires et
emploient plus de 28275 hommes et femmes au savoir-faire reconnu
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Présentation du procédé :Données statistiques (FÉDÉRATION FORGE-FONDERIE)
20
Production européen de Fonderie en millions de tonnes, 2018
Répartition de la fonderie par type d'alliage en 2021
(en valeur du chiffre d’affaire total généré)
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Présentation du procédé :Données statistiques (FÉDÉRATION FORGE FONDERIE)
21
Répartition de la fonderie par marché en 2021
(en volume en milliers de tonnes)
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Présentation du procédé :Données statistiques
22
Evolution de la fonderie (en valeur et en volume)
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Domaines d’application du procédé
Colter de machines agricoles
Carter cylindre en fonte grise
Bâti Edger (cage verticale de laminoir)
de 220 t en acier coulé
Panneau d’éclairage
Bâti aérospatial
Vannes et robinets
Poignée Sabot de freinage(locomotive)
Coureur de turbine de Pelton
( station d'hydroélectricité)
Domaines divers : Automobile, cycles, moto ,Machines agricoles ,Chemin de fer Construction navale ,Construction aérospatiale ,Construction électrique
,Appareils ménagers, Machines de travaux publics , Machines outils, Serrurerie, quincaillerie, Robinetterie, raccords, pompes,….
23
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Avantages et gammes de produits fabriqués
Pièces creuses
Pièces complexes (voir impossibles à réaliser par tout autre procédé)
Pièces de formes simples avec des prix de revient intéressants
Des pièces de précision, ce qui permet de supprimer les reprises de finition, réduisant ainsi les coûts d’usinage et de la
matière
Pièces ébauche qui sont ensuite partiellement usinées
Des pièces nettement finis ou très proche de la pièce finis et ne nécessitent aucun autre traitement
Des pièces de grandes et de très faible dimensions
Grande , petit et moyen série (selon le type procédé) 24
Des pièces en matériaux difficiles à usiner
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Limites des procédés de fonderie?
Propriétés mécaniques des pièces réalisées
Précision géométrique relativement faible
Difficile voir impossible de réaliser des pièces de bonne état de surface (avec certains procédés)
Sécurité des travailleurs due au métal fondues à des hautes températures et au problème
environnemental (Gaz dégagé,…)
Etat de surface
Automatisation de certain procédé difficile
Base de donnée scientifique
Modèle théorique difficile à établir sans beaucoup d’hypothèses simplificatrices
Maitrise des paramètres de procédé
25
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Types de procédés de moulage
26
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Quelques définitions
Modèle: une représentation sous forme d'une pièce ou
ensemble de pièces (en bois ou en métal) de l'objet à
fabriquer et permettant la confection de l'empreinte du
moule en sable.
Moule : corps suffisamment résistant et solide façonné pour
recevoir un alliage en fusion
Châssis: un cadre rigide fabriqué en fonte, en acier ou en
aluminium parfois en bois, sans fond, destiné à contenir et à
soutenir le sable constituant le moule. Un châssis complet
comprend au moins deux parties(partie supérieure ou
châssis de dessus et partie inférieure ou châssis de dessous
Moulage au sable
27
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Moulage au sable
28
Masselotte: Masse de métal que l'on ajoute au-dessus des
parties volumineuses d'une pièce, destinée à nourrir la
pièce pendant son refroidissement
Noyau: Corps réalisé en sable et qui permet d’obtenir des
formes intérieurs.
Event: Canal destiné à faciliter l'échappement des gaz
formée au moment ou le métal entre en contact avec la
surface de l’empreinte
Plan de joint: plan de coupe qui délimite les différentes
parties d'un moule
Quelques définitions
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Dépouille ou angle de dépouille: l'inclinaison des parois
du moule nécessaire pour faciliter le démoulage de la
pièce (On parle de contre-dépouille lorsque la forme de
la pièce interdit un démoulage direct)
Noyauter : réaliser les noyaux qui seront incorporés au
moule
Décochage : la première opération de démoulage qui
consiste à séparer la grappe métallique (pièce moulée +
système de coulée + masselottes) du sable de moulage
29
Quelques définitions
On sépare souvent la pièce de ces masselottes et de son système d’alimentation
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Ebarbage :opération qui consiste à éliminer les bavures de métal
Bavure : Surplus de métal , nécessaire pour remplir la gravure (apparait comme une couche
mince solidifiée au niveau du plan de joint)
Boîte à noyaux: Élément d’outillage permettant de réaliser un noyau.
Bruts de fonderie
30
Débourrage: consiste à évacuer le sable de l'intérieur de la pièce après solidification
Brut de fonderie: Se dit d’une pièce n'ayant subi aucun usinage en dehors des opérations
d'ébarbage courant.
Gravure : empreinte ou forme de la pièce à mouler gravé dans le moule
Quelques définitions
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Modelage: Fabrication du modèle, des boîtes à noyaux et, et par extension tous les éléments d'outillage
Outillages : Terme recouvrant les modèles ou plaques-modèles permettant de réaliser les empreintes dans le sable, les
moules permanents, et les « boîtes à noyaux » destinées à réaliser les volumes en sable
Parachèvement : L’ensemble des opérations de finition des pièces
Perte au feu :Diminution de poids d’un alliage lors de la fusion par volatilisation de certains éléments, et par réaction avec les
divers corps qui viennent au contact de cet alliage
Retrait: Différence de dimension entre la pièce réalisée et son empreinte due au passage de l’état liquide à l’état solide du
métal (abaissement de la température, changement d'état de la matière, relaxation suite au relâchement des contraintes)
Sable à vert :Sable de moulage composé de silice, d’argile, d’eau et de noir minéral
Sable à vert
31
Ferraille: Déchets d’élaboration ou de transformation de métaux ferreux (fer, acier, fonte), pièces
déclassées (fonderie est grosse consommatrice de ferrailles de diverses origines qu’elle recycle
dans son processus industriel)
Quelques définitions
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Surépaisseur d'usinage: Supplément de métal prévu à certains endroits de la pièce
brute pour en permettre l'usinage
Système d'alimentation: Ensemble de cavités amenant le métal liquide dans l'empreinte
et servant compenser le retrait.
Système d’attaque: Ensemble des conduits ménagés dans le moule pour le remplissage
de l'empreinte de la pièce brute munie de ses masselottes.
Acier faiblement allié: Acier dans lequel aucune addition n’est supérieure à 5% en
masse.
Alliage léger: Alliage à base d’aluminium.
Calamine: Couche d'oxydes se formant à haute température au contact de l'air sur les
lopins et les pièces forgées en acier.
32
Quelques définitions
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Retassure: Manque de métal observé en fonderie, en fin de solidification et dû à la contraction du métal lors de la
solidification
Décrassage : enlèvement à l'aide d'une écrémoire, le laitier et les crasses flottant à la surface d'un bain de métal
Poteyage : Cette opération qui consiste à enduire une pièce d’un liquide protecteur qui sert à refroidir le moule, à le protéger
et enfin à démouler correctement la pièce.
Poteyage Décrassage
Retassure
33
Quelques définitions
Laitier: Résidus solides. C’est un mélange composé essentiellement de silicates, d'aluminates et Oxyde de calcium solide,
avec divers oxydes métalliques, à l'exception des oxydes de fer
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Métaux et alliages fusibles
Alliages de fer et de carbone (entre 0,02 % et 2 % en masse)
Les métaux ferreux : des alliages de fer et de carbone, associés à d’autres éléments
Aciers et Fontes
34
Aciers
la dureté, la résistance à la rupture, la limite élastique, la résistance à
la corrosion, la résistance à l'usure et la trempabilité
Augmentation du
% de carbone
Amélioration
La malléabilité, la résilience et la soudabilité.
Diminution
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Métaux et alliages fusibles: Les aciers
35
Les aciers représentent environ 95% des métaux utilisés dans le secteur de la forge, contre 12% de ceux utilisés dans le
secteur de la fonderie
3 Grandes
familles
Aciers carbone
Automobile, Poids lourd,
Agricole, outillage à main,
coutellerie, arbres de
transmission,…
Aciers faiblement alliés
Automobile, Poids lourd,
Agricole, coutellerie, arbres
de transmission,…
Aciers fortement alliés
(Aciers inox, Aciers réfractaires,
Aciers outils)
Chimie, nucléaire,
alimentaire, Aéro,
énergie, pétrole
Généralement
0.15 à 0.5% C
Teneur de chaque
élément d’alliage est
inférieur à 5%
(Mn, Ni, Cr, Mo; V, Cu ou
Nb)
Teneur d’au moins un
élément d’alliage
dépasse 5%
(Cr, Ni, Mn)
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Manganèse (Mn) : augmente la limite élastique, la trempabilité et la résistance à l’abrasion
Nickel (Ni) : augmente la résistance aux chocs et à la corrosion
Silicium (Si) : augmente la limite élastique
Tungstène (W) : augmente la résistance à l’usure et à la chaleur
Molybdène (Mo) : augmente la résistance à l’usure et à la chaleur
Vanadium (V) : augmente la résistance à l’usure et aux déformations
Métaux et alliages fusibles: Les aciers
Le traitement thermique permet d’obtenir des gammes de caractéristiques mécaniques étendues
L’ajout d’éléments influence les caractéristiques mécaniques des pièces produites:
36
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Métaux et alliages fusibles: Les fontes
Matériau présentant de très bonnes propriétés d’utilisation mais peu d’élasticité à la traction
Les fontes à graphite sphéroïdal
Les fontes : des alliages de fer et de carbone (2,5 à 4%)
37
Présence du carbone sous forme de lamelles de graphite libre qui cristallise dans la matrice métallique, celles-ci
créent des amorces de rupture entraînant une certaine fragilité.
Fontes à graphite lamellaire
Ajout des éléments dits éléments d’addition (nickel, chrome ...)
(la teneur en carbone est généralement inférieure à 3%)
Le graphite cristallise sous forme de petites sphères et non de lamelles
Fontes alliées
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Métaux et alliages fusibles: Les fontes
Fonte à graphite lamellaire (GL)
+ Bonne usinabilité, rigidité, résistance à
la corrosion et à la compression, bonne
absorption des vibrations, excellente
coulabilité
- Fragile comparée aux aciers et à la
fonte GS
Machines-outils, pièces mécaniques,
chauffage, contrepoids, automobile
Fonte à graphite sphéroïdal (GS)
+ Grande ductilité, bonne usinabilité en
structure ferritique et assez bonne en
perilitique, bonne coulabilité et
soudabilité, bonne élasticité
Pièces mécaniques, pièces automobiles
(pièces de liaison au sol, pièces de
sécurité : composants moteurs type
vilebrequins, freinage, freinage, supports
de fusée de roue…), pièces ferroviaires,
agricoles, hydrauliques, pour travaux
publics, tuyaux d’adduction d’eau
Fonte à graphite vermiculaire(en forme de
barrette) (GV)
+ Avec un graphite dont la forme est
comprise entre les lamelles et les sphères,
la FGV allie les avantages de la FGL sans
ses inconvénients (Fragilité)
- La principale difficulté est la maîtrise
reproductibilité de sa structure
Transports terrestres : carters-cylindres et
culasses de gros moteurs (2,5 à 7 litres de
cylindrée) en véhicules particuliers,
et camion 38
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Métaux et alliages fusibles: Métaux non-ferreux
Métaux non-ferreux : alliages ne comprenant pas de fer, ou dans des proportions très faibles
Cuivres et alliages cuivreux : Excellente résistance à la corrosion et très bonne conductibilité électrique
Bronze (Cuivre-Etain)
Conductivité électrique et thermique parmi les
plus élevées
Excellente coulabilité
Faible dureté l’usinage et la découpe
Résistance à l’usure (propriétés anti-frottement)
Amagnétisme (sans propriétés magnétiques)
Soudabilité et aptitude au brasage
Aptitude au polissage et aux traitements de
décoration
Bon coefficient de dilatation
Bonne résistance mécanique et dureté
Résistance à la corrosion particulièrement en
milieu marin
Cloches, équipements électriques
et électroniques, connectique,
échangeurs de chaleur,
robinetterie industrielle et
sanitaire, plomberie, construction
navale aérospatiale et
aéronautique, pièces d’étanchéité
en milieu marin, échangeurs
marins,…
Laiton (Cuivre-Zinc)
Cupro-aluminiums (Cuivre-Aluminium)
39
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Métaux et alliages fusibles: Alliages légers et ultralégers
Les alliages légers sont élaborés à partir d’aluminium
Les alliages ultra légers sont élaborés à partir de magnésium.
Alliages d’aluminium et de
silicium
+ Légèreté, bonne
coulabilité, usinabilité et
propriétés d'aspect
Automobile, aéronautique et
spatial, mécanique, chimie
Alliages d’aluminium et de
cuivre
+ Bonnes caractéristiques
mécaniques, bonne usinabilité
- Mauvaise tenue à la
corrosion, criquabilité
(sensibilité aux ruptures en cours
de solidification) importante
Tuyauteries, raccords
Alliages d’aluminium et de
magnésium
+ Bonne usinabilité et grande
résistance à la corrosion
- Coulabilité moins bonne et
criquabilité importante
Piston, aubes de
compresseurs
40
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Les alliages de zinc sont le plus souvent alliés à l’aluminium (de 4 à 30%) et contiennent parfois de faibles additions de
magnésium (de 0,012 à 0,06%) et de cuivre (jusqu’à 3%)
Alliages de zinc et Zamak
Métaux et alliages fusibles: Alliages légers et ultralégers
Le plus couramment utilisé (95% du marché) est appelé zamak (zinc pur à 99,995%)
Sa coulabilité en font un alliage adapté à la coulée sous-pression qui permet d’obtenir des pièces minces
et/ou de configuration compliquée
Alliage Propriétés Applications
Zamak (Aluminium,
Magnésium, cuivre)
+ Très bonne coulabilité,
stabilité dimensionnelle,
résistance à la corrosion
Automobile, bâtiment,
décoration, électricité,
électronique, parfumerie
41
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Ce sont des alliages à haute performance présentent d'excellentes résistances mécaniques, notamment en fatigue
thermique, corrosion à chaud ou torsion
Métaux et alliages fusibles: Les super-alliages
Alliage Propriétés Applications
Hastelloy(alliages à base de Nickel)
Inconel(alliages à base de Nickel)
Monel (de nickel principalement et de cuivre)
+ Bonne résistance mécanique
(pression, torsion, fatigue),
résistance à la corrosion, grande
résistance à hautes températures
Aéronautique (turbines,
turboréacteurs), sport
automobile, marine
42
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Les pièces moulées demandent souvent des traitements thermiques d’homogénéisation pour améliorer leurs
propriétés.
S’elles contiennent des soufflures ou des gaz occlus, elles peuvent gonfler lors des traitements thermiques,
ce qui nuit à leurs précisions dimensionnelles.
Traitements thermique des pièces
Lors du moulage d’un arbre à cames en fonte dans un moule en sable on peut obtenir de la fonte grise
pour le corps de l’arbre et de la fonte blanche très dure et résistante à l‘usure pour les cames en
plaçant des refroidisseurs en acier dans le moule, à l’emplacement des cames
Contrôler le refroidissement des différentes parties de la pièce dans le moule
pour engendrer des modifications structurales au cours du refroidissement
Exemple
43
Effectuer un traitement thermique en même temps que le moulage
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Moulage au Sable: Principe
Le moulage en sable consiste à couler le métal en fusion dans l'empreinte du moule en sable, réalisée d'après un modèle
44
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Moulage au Sable: Principe
Un moule simple est constitué de deux parties : La partie supérieure et la partie inférieure.
Après refroidissement et solidification, la pièce est sortie pour subir les différentes opérations de finition
Le métal en fusion est coulé à travers le trou du système de coulée, en traversant les canaux jusqu'à remplissage de
l'empreinte
45
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Moulage au Sable: Sables de moulage
Les sables utilisés en fonderie doivent répondre à un certain nombre d’impératifs :
Composition des sables de fonderie
46
Reproduire fidèlement la pièce modèle
Avoir une surface aussi fine que possible
Ne pas se désagréger lors de l’extraction du modèle
Résister à la température de coulée élevée du métal
Résister à l’érosion par le métal liquide, lors de la coulée
Etre suffisamment perméable pour permettre le passage des
gaz produits pendant la coulée
Permettre un décochage aisé
70 à 80% de silice(dioxyde de silicium) => support
5 à 15% d’argile => agglutinant
7 à 10% d’eau
3 à 5% d’impuretés (oxyde de fer, matières organiques, etc.)
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Moulage au Sable: Avantages
Convient presque pour tous Les métaux et alliages de moulage (pièces en fonte, acier
et métaux non ferreux)
S'adapte bien aux petites séries de production et surtout pour les pièces de grandes dimensions.
Le plus universel, le plus ancien et le plus couramment employé, et qui reste
toujours très compétitifs avec d’autres procédés plus modernes.
Permet de couler aussi bien de grosses pièces unitaires, que de petites et moyennes pièces en série, sur chantiers de
moulage mécanisés, quel que soit l’alliage.
Rapide
Taux de récupération du sable très élevé
Moule et hache en Bronze
47
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Moulage au Sable d’une Tubulure Préparation du sable
Cette préparation se réalise dans la sablerie qui sert à recycler le sable à vert (taux de recyclage 99%)
Sablerie
Sable à vert
Un matériau réfractaire : la silice pure
Matière rocheuse naturelle: l’argile
Un matériau protecteur : le noir
minéral(Substance chimique colorante
généralement sous forme de fines particules)
Eau
Impuretés
48
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Moulage au Sable d’une Tubulure
Tubulure
Application
49
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Moulage au Sable d’une Tubulure Préparation du modèle
Le modèle peut se réaliser après l’étude de moulage ( il doit comporter les portées de noyaux ainsi que d’éventuelles
attaques de coulées)
Matériaux: bois, résine(Produit polymère), plâtre, ciment pour les modèles réutilisables et polystyrène ou cire pour les
modèles perdus.
Le modèle doit être en 2 parties pour permettre le démoulage
50
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Préparation du châssis inférieur
On place le modèle à l’intérieur du 1/2 châssis inférieur On place un tamis afin d’éviter de mettre des
impuretés au contact du modèle
On verse le sable
Moulage au Sable d’une Tubulure
51
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
On vient alors damer le sable à l’aide de la pilette On racle alors la surface du châssis
Retourner le châssis inférieur
Préparation du châssis inférieur
Moulage au Sable d’une Tubulure
52
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
on place le deuxième 1/2 modèle sur l’autre à l’aide des pions de centrage On met alors le châssis supérieur
On rempli le châssis de sable
comme pour le premier châssis
On place un tube qui servira de
descente de coulée
Préparation du châssis supérieur
Moulage au Sable d’une Tubulure
53
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Moulage au Sable d’une Tubulure
On sépare les 2 châssis et on enlève délicatement les deux 1/2 modèles
On creuse enfin l’entonnoir de coulée sur le dessus du
châssis supérieur à l’aide d’une spatule
On réalise les évents dans les parties les plus
hautes du châssis supérieur 54
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Moulage au Sable d’une Tubulure
On creuse le canal et les attaques de coulées à l’aide des spatules dans le châssis inférieur
55
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
On place alors le noyau dans l’empreinte du châssis inférieur
Emplacement du noyau
Moulage au Sable d’une Tubulure
56
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
On utilise des lingots qui ont la bonne composition (préparés par l’aciérie)
On les place dans un four à induction pour assurer un meilleur rendement
Puis on fait couler le mélange
dans un four de maintien
Préparation de la fusion
Moulage au Sable d’une Tubulure
Lingots
57
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
On place le moule sur un support stable.
Pour des raisons de sécurité, il faut enfiler une
combinaison ignifuge (tenue au feu ) et un
masque
Une fois l’empreinte remplie, on laisse refroidir entre 5 et 15
minutes (suivant la taille de la pièce).
Après on procède à la destruction de la moule
Remplissage et démoulage
Moulage au Sable d’une Tubulure
58
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Ebavurage
Moulage au Sable d’une Tubulure
59
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Moulage au Sable d’une Tubulure en T
Application
60
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Réalisation du modèle
Remplissage de sable
Moulage au Sable d’une Tubulure en T
Application
61
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Assemblage des châssis
Démoulage du châssis inférieur
Moulage au Sable d’une Tubulure en T
Application
62
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Châssis supérieur Remplissage de sable (Châssis supérieur)
Moulage au Sable d’une Tubulure en T
Application
63
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Moulage au Sable d’une Tubulure en T
Application
64
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Fermeture du moule
Moulage au Sable d’une Tubulure en T
Application
65
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Coulée
Moulage au Sable d’une Tubulure en T
Application
66
Démoulage
Moulage au Sable d’une Tubulure en T
Application
67
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Grandes Pièces Moulées
68
Grandes Pièces Moulées
69
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Chaînes De Moulage
70
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Etapes de conception des pièces moulées
1.Lecture du cahier de charge
Pendant cette étape, le modeleur est chargé de:
comprendre la forme de la pièce,
s’informer de l’échelle indiquée,
s’assurer des surfaces à usiner et de celles qui vont rester brutes,
lire la rugosité minimale inscrite sur une des surfaces à usiner,
lire les dimensions maximale et minimale de la pièce et s'informer sur les tolérances,
etc
Pendant cette étape, le modeleur est chargé de s'informer sur:
le matériau de(s) la pièce(s) à mouler (donc de sa température de fusion)
la cadence de production
etc
2.Lecture du dessin de définition
71
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Etapes de conception des pièces moulées
3. Choix du procédé de moulage
4. Choix du plan de joint
5. Ajout du retrait, des surépaisseurs d'usinage et des dépouilles pour tracer le modèle
6.Confection de la boîte à noyau et du noyau
72
9. Choix du type et dimensionnement de la masselotte
7. Dimensionnement du système de coulée
8. Dimensionnement des châssis
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Règles de conception des pièces moulées
Règle 1
Choix du procédé de moulage en fonction :
73
de la nature de l'alliage coulé
de la cadence de production
du poids de la pièce
de l'épaisseur de la pièce
de la rugosité et de l'intervalle de tolérance
etc
Procédé de moulage en fonction de la nature de l'alliage coulé
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Règle 1
Choix du procédé de moulage en fonction du nombre minimal de pièces à produire
Règles de conception des pièces moulées
74
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Choix du procédé de moulage en fonction du poids de la pièce à mouler en Kg et de son matériau
Règles de conception des pièces moulées
Règle 1
75
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Choix du procédé de moulage en fonction de l'épaisseur de la pièce à mouler en mm et de son matériau
Règles de conception des pièces moulées
Règle 1
(la dimension englobe les surépaisseurs d'usinage et les dépouilles)
76
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Choix du procédé de moulage en fonction de la rugosité en µm et l'intervalle de tolérance en mm
Règles de conception des pièces moulées
Règle 1
77
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Règles de conception des pièces moulées
Règle 2
Envisager des pièces multiples, simples et économiques plutôt qu'une
seule si c'est possible
Nombre de pièces
78
Plan de séparation des deux châssis
Surface contenant la plus grande section ou le plan de symétrie de la pièce
Règle 3 Choix du plan de joint
Employer des chapes s'il y a plus d’un plan de joint
Choisir un nombre minimal de plans de joint
Choisir de préférence des plans perpendiculaires au sens de démoulage
Le choix dépend des contre dépouilles, des dimensions des châssis, des
positions des usinages, etc.
Le choix doit limiter le nombre de noyaux
Définition
Critère
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Définition: cadre rigide qui doit contenir et maintenir le sable constituant le moule
Matériaux constitutifs : l'acier moulé, la fonte, l'acier profilé ou soudé ou l'alliage d'aluminium
Forme du châssis: carrée, rectangulaire, rond, polygonale, etc.
Règles de conception des pièces moulées
Règle 4
79
Châssis
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Matériau de fabrication: bois, métal, ou résine synthétique.
Formes: boîtes en forme de cadre sans fond ou boîtes goujonnées
Le tableau permet de guider le choix du type de noyautage
Règles de conception des pièces moulées
Règle 5
Choix de la boîte à noyau
80
Noyau et boîte à noyau
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
a = 10 à 15mm
b=20 à 40mm et c=d
d: diamètre du noyau en sable aggloméré
L: longueur du noyau
B: La plus grande dimension du noyau parallèle au plan du joint du moule
Règles de conception des pièces moulées
Règle 5
81
Noyau et boîte à noyau
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Règle 7
Emplacement des surfaces qui ne seront pas usinées à la partie inférieure du moule
Règles de conception des pièces moulées
Règle 6
Il est fonction du matériau coulé (voir tableau)
82
Surfaces brutes
Retrait
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Règle 8
Sert à faciliter l'extraction du modèle en moulage en sable ou de la pièce ( moulage en coquille)
Règles de conception des pièces moulées
83
Dépouille
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Règle 9
Sert à supprimer l'effet du moulage sur les surfaces fonctionnelles
Surépaisseur d'usinage
(norme ISO 8062 ) en
fonction de la nature du
matériau coulé et du type
de moulage choisi
Règles de conception des pièces moulées
84
Obtenir la précision dimensionnelle cible
Surépaisseur d'usinage
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Règle 9
Règles de conception des pièces moulées
Surépaisseur d'usinage (Selon la norme ISO 8062 )en fonction de la nature du matériau coulé et du type de moulage choisi
85
Surépaisseur d'usinage
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Classes de tolérance d'usinage en moulage en fonction de la nature du matériau coulé et du type de moulage choisi
Règle 9
Règles de conception des pièces moulées
86
Classes de tolérance
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Règle 9
Règles de conception des pièces moulées
Valeurs des tolérances en moulage en fonction de la nature du matériau coulé et du type de moulage choisi
87
Classes de tolérance
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Règle 10
L'air emprisonné dans l'empreinte doit être évacué du moule pendant le remplissage
Le gaz provenant du métal en fusion doit être évacué en même temps que l'air
Règles de conception des pièces moulées
88
Exemple de coquille en deux parties et un noyau
Exemple de coquille Moule coquille ouvert
Il faut prévoir des tirages d'air aux joints et entre les chapes au cours de la construction du moule
Dans le plan de joint, des canaux plats de 10 mm de largeur et de 0,3mm de profondeur sont usinés
Tirage d'air (moulage en coquille)
Règles de conception des pièces moulées
89
Raccordement des masselottes avec le volume de la pièce: doit permettre un bon approvisionnement en métal liquide
Le métal se refroidit trop rapidement dans une attaque de masselotte trop étroite ou trop longue (remplissage incomplet)
Règle 11 Dimensionnement de la masselotte
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
𝜂 est le rendement de la masselotte
𝜂 =1/6 pour une masselotte débouchante
𝜂 = 1/2 pour une masselotte borgne
r étant le retrait (voir tableau )
Pour déterminer le volume de la masselotte Vm afin de combler le déficit volumique de la partie de la pièce alimentée par la
masselotte (de volume Vp), on utilise la relation:
Règle 11
Règles de conception des pièces moulées
90
𝜂𝑉
𝑚 = 𝑟𝑉
𝑝
Dimensionnement de la masselotte
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Les masselottes borgnes sont utilisées pour les attaques éloignés de la partie supérieure du moule
Méthode pour déterminer la position de la masselotte
diviser la pièce en volumes simples (P)
évaluer chronologiquement la solidification de ces volumes par calcul des modules de refroidissements (MR) de chaque
volume élémentaire
Masselotter les volumes solidifiés en dernier lieu: Les modules de refroidissement doivent être croissants vers la masselotte
Règles de conception des pièces moulées
91
𝑀𝑅 =
𝑉
𝑠
=
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑒 𝑃
𝑆𝑢𝑟𝑓𝑎𝑐𝑒 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑓𝑟𝑜𝑖𝑑𝑖𝑠𝑠𝑚𝑒𝑛𝑡 𝑃
=
𝑆𝑒𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑡𝑖𝑒 𝑑𝑒 𝑃
𝑃𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑒 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑓𝑟𝑜𝑖𝑑𝑖𝑠𝑠𝑚𝑙𝑒𝑛𝑡 𝑑𝑒 𝑃
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑠𝑖𝑚𝑝𝑙𝑒 𝑃: 𝑃𝑎𝑟𝑡𝑖𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑖è𝑐𝑒 𝑒𝑛 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑐𝑡 𝑎𝑣𝑒𝑐 𝑙𝑒 𝑚𝑜𝑢𝑙𝑒 𝑜𝑢 𝑙𝑒 𝑛𝑜𝑦𝑎𝑢
Modules de refroidissement
Règle 11 Dimensionnement de la masselotte
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Règles de conception des pièces moulées
92
Règle 11 Dimensionnement de la masselotte
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
93
Règles de conception des pièces moulées
Règle 11 Dimensionnement de la masselotte
Règle 12
Règles de conception des pièces moulées
94
Coulée par le haut :pièces de faible hauteur
Coulée par le côté : pièces de hauteur moyenne
Coulée par le bas: pièces de hauteur importante
Dimensionnement et calcul du système de coulée
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Règle 12
Règles de conception des pièces moulées
95
Dimensionnement du dispositif de coulée
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Règle 12
Règles de conception des pièces moulées
96
Dimensionnement du dispositif de coulée
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Règle 12
Règles de conception des pièces moulées
97
Dimensionnement du dispositif de coulée
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
La règle principale à respecter est qu'on ne doit pas avoir de variation brusque d'épaisseur (cela provoquerait des contraintes
internes lors du refroidissement, empêche un écoulement optimal de la matière et crée un point de fragilité sur la pièce)
Règle 13
Règles de conception des pièces moulées
98
Tracé des parois
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Les pentes et les rayons de raccordement sont définis par le tableau suivant:
Règle 13
Règles de conception des pièces moulées
99
Tracé des parois
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Règle 13
Règles de conception des pièces moulées
100
Tracé des parois
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Règle 13
Règles de conception des pièces moulées
101
Tracé des parois
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Règle 13
Règles de conception des pièces moulées
102
Tracé des parois
Si les deux parois ne disposent pas de la même épaisseur, il faut ajouter la condition de tangence sur les bords et faire le
traçage des deux rayons de raccordement qui ne disposent pas du même centre
Règle 14
Règles de conception des pièces moulées
103
Tracé d'un raccordement d'angle en forme de "L"
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Règle 16
Règles de conception des pièces moulées
104
Tracé d'un raccordement d'angle en forme de "V"
Il faut modifier la géométrie pour
éviter l'accumulation d'une masse
importante de métal
Règles de conception des pièces moulées
Règle 17
105
Tracé d'un raccordement d'angle en forme de "Y"
Règle 18
Règles de conception des pièces moulées
106
Tracé d'un raccordement d'angle en forme de "X"
L'accumulation de matière à l'intersection est néfaste. Il faut donc éviter cette conception et suivre les consignes du
tableau:
Pour affiner le tracé et atténuer l'effet de masse, il
est préférable de créer de légères ondulations au
niveau des raccordements
Règle 18
Règles de conception des pièces moulées
107
Tracé d'un raccordement d'angle en forme de "X"
Règle 19
Règles de conception des pièces moulées
108
Tracé des nervures
Pour les équerres de grandes dimensions, on peut remplacer les nervures par un caisson
La résistance mécanique est quasiment identique mais la pièce est plus facile à réaliser.
Pour respecter la règle des épaisseurs constantes, il faut que le caisson soit creux.
Les nervures de sections rectangulaires peuvent être remplacées par des nervures de forme galbées (demi-ovales):
l'écoulement du matériau est meilleur et la variation d'épaisseur est moins brusque
Règle 19
Règles de conception des pièces moulées
109
Tracé des nervures
Les alésages bruts de fonderie sont obtenus à l'aide de noyaux pour le moulage en sable et à l'aide de broche pour le moulage
en coquille. Les noyaux réalisés en matière réfractaire sont fortement sollicités au moment de la coulée. Il doivent donc avoir des
dimensions minimales.
L'avantage des noyaux en sable est qu'ils sont détruits lors du décochage. On n'aura donc pas besoin de respecter un angle de
dépouille pour ces pièces. La figure suivante permet de connaître le diamètre minimal réalisable en fonction de l'épaisseur de la
matière et de la profondeur de l'alésage.
Règles de conception des pièces moulées
Règle 20
110
Dimension des trous et alésages
Pour les trous, le diamètre minimal réalisable par fonderie dans une parois dont la longueur est au moins 5 fois l'épaisseur,
est déterminé d'après le graphique suivant:
Règles de conception des pièces moulées
Règle 20
111
Dimension des trous et alésages
Dans le cas où les plaques trouées sont fortement sollicitées, les contraintes s'accumulent aux points de faiblesse et
notamment les perçages. On modifie donc la géométrie de la pièce prés de ces zones de faiblesse pour les renforcer.
Règles de conception des pièces moulées
Règle 20
112
Dimension des trous et alésages
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Les bossages sont la plupart du temps crées pour permettre le montage des vis ou autre. Il faut donc créer un trou entouré
de matière avec un profil supérieur apte à recevoir une tête de vis.
On va, néanmoins, chercher à réduire la masse de métal utilisée pour alléger la pièce et veiller à ce que la concentration
de matière ne soit pas trop prononcée.
Règles de conception des pièces moulées
Règle 21
113
Tracé des bossages
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
On doit ajouter un bossage en bout de la pièce pour faciliter son montage entre pointes et satisfaire la contrainte
géométrique
Règles de conception des pièces moulées
Règle 22
114
Modification pour faciliter l'usinage
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Règles de conception des pièces moulées
115
Matériau Diagramme Fer-Carbone
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Règles de conception des pièces moulées
116
Matériau Acier
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Règles de conception des pièces moulées
117
Matériau Acier
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Règles de conception des pièces moulées
118
Matériau: Fonte
Cémentite :Carbure de Fer (Fe3C) Très fragile
Fonte blanche, dure, cassante ,pour des pièce d’usure
Formation de graphite
Processus naturel mais très lent
Fonte grise
Recuit de fonte blanche (1000°C, ~10 h , refroidissemnt en 15h)
Ajout d’alliage (Cu,Ni,Si)
Fonte malléable à cœur noir
Précipitation de graphite sous forme de lamelles
• Fonte à graphite lamellaire en GJL
• Fragilisation par concentration de contrainte
• Grande stabilité
• Bâtis, tuyaux de grand diamètre, inserts de cheminée
Précipitation de graphite sous forme de sphères
• Matériaux à faible taux de souffre
• Inoculation de Magnésium avant la coulée
• Fonte à graphite sphéroïdale dite fonte ductile: en GJS
• Canalisations, arbres à came, vilebrequins
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Règles de conception des pièces moulées
119
Aciers (Pas beaucoup, T° fusion élevée; ex: GS 235
Cuivre (Tf=1085°C)
• Bronze :Robinetterie, pièces de frottement ,… (jusqu’à 20%
d’étain)
• Cupro-aluminium: Résistance à la corrosion (hélices de bateau)
• Laitons
• Cupro-nickel: Résistance à la corrosion
Aluminium
• + silicium (meilleur coulabilité, moins de défauts de dilation/retrait
• +Cuivre (meilleur dureté) (Al-Cu4MGSi
Zinc
• Zinc +Aluminium+ Magnésium+ cuivre=Zamak
• Zamak 3:4% Al+0.03% Mg ;Tf=384°C
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Problème 1 (TD)
On veux fabriquer des pièces en fonte grise GL. Chaque pièce est considérée massive et épaisse (Epaisseur=150
mm). Une rugosité et un intervalle de tolérance larges sont acceptés sur la pièce moulée.
Toutes les surfaces de la pièce seront usinés pour donner la pièce finie suivante :
Procédé de Moulage
120
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Problème 1 (TD)
Procédé de Moulage
121
Quel est le procédé de moulage approprié pour cette pièce? (Justifier votre
réponse)
Indiquer le plan de joint de la pièce. Justifier votre réponse
Indiquer la valeur du retrait de votre matériau et calculer les valeurs à ajouter
aux cotes de la pièce
Choisir la classe des surépaisseurs d'usinage pour les cotes spécifiées (Figure)
et donner la valeur de la surépaisseur d'usinage pour chaque côte.
Choisir la classe de tolérance d'usinage et déterminer l'intervalle de tolérance
lié à chaque cote.
Donner les côtes du brut (laisser les traces du calcul)
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
Problème 1 (TD)
Procédé de Moulage
122
Déterminer les dépouilles du modèle de la pièce
Décomposer votre pièce en éléments simples et calculer les modules de
refroidissement correspondant à chaque partie.
Dans quel élément faut-il mettre la masselotte ?
En respectant la démarche vue en cours, déterminer les dimensions du
système de coulée (on procédera par le coulée par le haut avec un temps
de remplissage de 167 s, une hauteur h1=30 cm et une hauteur h0=5 cm
Déterminer les dimensions des chassis
Donner le tracer de la pièce brut de fonderie
Pr.R.Benmessaoud 2023/2024

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procede de fabrication mecanique et industriel

  • 1. Powerpoint Templates 1 Procédés de fabrication Pr. Radouane BENMESSAOUD Année universitaire:2023/2024 Deuxième année du cycle ingénieur, Génie Electromécanique
  • 2. Ensemble de techniques visant l'obtention d'une pièce ou d'un objet par transformation de matière brute Généralités La classification est effectuée suivant le degré de finition de la pièce Définition Catégories (𝟏𝒊è𝒓 type de classification) 2 Primaire : Mise en forme à partir d’un semi-produit Secondaire : Mise en forme de surface fonctionnelle Tertiaire : Augmentation de la qualité pièce (polissage)
  • 3. La classification est effectuée suivant l’enlèvement de la matière Catégories (𝟐𝒊è𝒎 type de classification) 3 Par enlèvement de matière Par ajout de matière Par transformation (moulage) Par déformation Généralités Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 4. Par ajout de matière Par enlèvement de matière 4 A partir d’un bloc , on crée les formes de la pièce en enlevant la matière à l’aide d’un outil (usinage,…) A partir d’un plateau vide, et on ajoute de la matière pour créer la pièce (dépôt de fil abs,….) Catégories (𝟐𝒊è𝒎 type de classification) Généralités Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 5. Par déformation Par transformation (moulage) 5 On coule la matière à l’état liquide ou pâteux dans un moule, et on obtient la pièce après solidification (Injection plastique,…) On part d’un matériau en feuille que l’on déforme à l’aide d’un outillage spécifique (Découpage,…) Catégories (𝟐𝒊è𝒎 type de classification) Généralités Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 6. 6 Catégories (Autre type de classification) Suivant la forme et la cohésion de la matière Généralités Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 7. Couplage matériau-procédé 7 Généralités Relation entre le choix du matériau et le processus de fabrication dans la conception et la fabrication des composantes La connaissance et la maitrise du couple matériau-procédé est essentielle pour obtenir des produits finis avec un rapport qualité/prix optimal Points clés à considérer (Couplage matériau-procédé) Le choix du matériau doit assurer une conformité entre ses propriétés (physiques, chimiques,…) et celles exigées dans le produit final. (exemple :choix de l’aluminum au lieu du plastique lorsqu’on exige des produits résistants et légers Propriétés du matériau Définition Utilité Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 8. Couplage matériau-procédé 8 Généralités Procédé de fabrication Certains matériaux sont adaptés à certains procédés que d'autres (ductilité, conductivité thermique, aptitude au moulage, soudabilité, etc.) Le choix du couple matériau/procédé peut avoir un impact significatif sur les coûts de fabrication Les procédés ont des exigences spécifiques en terme de matériau Coût Nécessité de trouver un compromis entre performance du produit, disponibilité des matériaux et coûts de fabrication Points clés à considérer (Couplage matériau-procédé) Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 9. Couplage matériau-procédé 9 Généralités Le couplage peut influencer la durabilité (capacité intrinsèque du produit à durer ou espérance de vie) et la durée de vie(durée effective d'utilisation) du produit. Exemple: certains matériaux sont plus résistants à la corrosion, ou à l'usure, ce qui peut avoir un impact significatif sur l’application du produit Durabilité et durée de vie Le choix du couple matériau/procédé doit donc être conforme aux réglementations du secteur d’application (Aérospatiale, Automobile, etc.) Normes et réglementations Points clés à considérer (Couplage matériau-procédé) Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 10. Couplage matériau-procédé 10 Généralités Nécessité de considérer la recyclabilité des matériaux, leur empreinte carbone, et leur impact environnemental Recyclage et durabilité environnementale Points clés à considérer (Couplage matériau-procédé) Approche itérative Lorsque le choix ne donne pas satisfaction ou qu’il faut intégrer une modification géométrique importante, la démarche proposée peut être reprise à partir de l’étape nécessaire Couplage matériau-procédé Démarche Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 11. 11 Lorsqu’il s’agit d’une évolution, d’une amélioration ou d’une reconception suite à une modification du cahier des charges, l’étude se limite souvent à une vérification de la pertinence du choix du couple matériau-procédé initial ou à la modification du choix du matériau N.B: La reconception d’une pièce ou du produit est entamée dans le cas de l’apparition d’une nouvelle nuance de matériau, ou l’amélioration d’un procédé de transformation Couplage matériau-procédé Généralités Vérification de la pertinence du choix Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 12. Caractéristiques mécaniques (Rm, Rp0.2, allongement, limite d'endurance en fatigue) Tenue en fonctionnement à chaud (220°C, 400°C, ...) Masse volumique (recherche d'allègement) Résistance à l'usure Conductivité ou la diffusivité thermique (ou électrique) Tenue à la corrosion Critères techniques Critères de choix 12 Généralités Couplage matériau-procédé Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 13. 13 Disponibilité des sources d'approvisionnement (fournisseur) Approvisionnements Prix matière (et son évolution possible) Coûts récurrents Coûts non récurrents (prototype, outillage de série, mise au point initiale, échantillons initiaux) Autres coûts indirects (emballage, transport, ..., contrôle qualité) Critères économiques Critères de choix Couplage matériau-procédé Généralités
  • 14. Assemblage du matériaux de la pièce ou du sous-ensemble (avec d'autres matériaux) Usinabilité Possibilité de déformation (à froid ou à chaud) Possibilité d'automatisation du process de fabrication Traitements thermiques ou traitements de surface ultérieurs (anti- corrosion, ...) Critères technologiques 14 (liés à l'environnement de la pièce) Critères de choix Couplage matériau-procédé Généralités Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 15. Emission de CO2 (ou de gaz à effet de serre plus globalement) du matériau et du process retenu (en intégrant la production primaire, le transport, ...) Facilité de recyclage ou facilité de démontage en fin de vie du produit Epuisement (ou non) de la réserve mondiale de matériau et la possibilité de trouver facilement des matériaux de substitution pour remplir la même fonction Impact sociétal Critères d'éco-conception 15 Critères de choix Couplage matériau-procédé Liés au concept de développement durable Généralités Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 16. Les graphes appelés « cartes de sélection » permettent de choisir dans un premier temps la famille de matériaux à utiliser (voir ci-dessous) après établissement des critères de choix. 16 Couplage matériau-procédé Graphes de selection Généralités Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 17. Procédés de fabrication: Partie 1 (Fonderie) 17 Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 18. Le moulage ou fonderie est un ensemble de procédés qui permet de réaliser des pièces métalliques brutes Présentation du procédé 18 Réaliser les pièces par coulée du métal en fusion dans un moule en sable ou en métal Le métal reproduit les contours et les dimensions de l'empreinte du moule (après solidification) Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 19. Présentation du procédé :Données statistiques (FÉDÉRATION FORGE-FONDERIE,2021) 19 En France, 3è𝑚𝑒 producteur européen en tonnage, ces professions représentent 5,5 milliards d’euros de chiffre d’affaires et emploient plus de 28275 hommes et femmes au savoir-faire reconnu Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 20. Présentation du procédé :Données statistiques (FÉDÉRATION FORGE-FONDERIE) 20 Production européen de Fonderie en millions de tonnes, 2018 Répartition de la fonderie par type d'alliage en 2021 (en valeur du chiffre d’affaire total généré) Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 21. Présentation du procédé :Données statistiques (FÉDÉRATION FORGE FONDERIE) 21 Répartition de la fonderie par marché en 2021 (en volume en milliers de tonnes) Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 22. Présentation du procédé :Données statistiques 22 Evolution de la fonderie (en valeur et en volume) Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 23. Domaines d’application du procédé Colter de machines agricoles Carter cylindre en fonte grise Bâti Edger (cage verticale de laminoir) de 220 t en acier coulé Panneau d’éclairage Bâti aérospatial Vannes et robinets Poignée Sabot de freinage(locomotive) Coureur de turbine de Pelton ( station d'hydroélectricité) Domaines divers : Automobile, cycles, moto ,Machines agricoles ,Chemin de fer Construction navale ,Construction aérospatiale ,Construction électrique ,Appareils ménagers, Machines de travaux publics , Machines outils, Serrurerie, quincaillerie, Robinetterie, raccords, pompes,…. 23 Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 24. Avantages et gammes de produits fabriqués Pièces creuses Pièces complexes (voir impossibles à réaliser par tout autre procédé) Pièces de formes simples avec des prix de revient intéressants Des pièces de précision, ce qui permet de supprimer les reprises de finition, réduisant ainsi les coûts d’usinage et de la matière Pièces ébauche qui sont ensuite partiellement usinées Des pièces nettement finis ou très proche de la pièce finis et ne nécessitent aucun autre traitement Des pièces de grandes et de très faible dimensions Grande , petit et moyen série (selon le type procédé) 24 Des pièces en matériaux difficiles à usiner Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 25. Limites des procédés de fonderie? Propriétés mécaniques des pièces réalisées Précision géométrique relativement faible Difficile voir impossible de réaliser des pièces de bonne état de surface (avec certains procédés) Sécurité des travailleurs due au métal fondues à des hautes températures et au problème environnemental (Gaz dégagé,…) Etat de surface Automatisation de certain procédé difficile Base de donnée scientifique Modèle théorique difficile à établir sans beaucoup d’hypothèses simplificatrices Maitrise des paramètres de procédé 25 Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 26. Types de procédés de moulage 26 Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 27. Quelques définitions Modèle: une représentation sous forme d'une pièce ou ensemble de pièces (en bois ou en métal) de l'objet à fabriquer et permettant la confection de l'empreinte du moule en sable. Moule : corps suffisamment résistant et solide façonné pour recevoir un alliage en fusion Châssis: un cadre rigide fabriqué en fonte, en acier ou en aluminium parfois en bois, sans fond, destiné à contenir et à soutenir le sable constituant le moule. Un châssis complet comprend au moins deux parties(partie supérieure ou châssis de dessus et partie inférieure ou châssis de dessous Moulage au sable 27 Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 28. Moulage au sable 28 Masselotte: Masse de métal que l'on ajoute au-dessus des parties volumineuses d'une pièce, destinée à nourrir la pièce pendant son refroidissement Noyau: Corps réalisé en sable et qui permet d’obtenir des formes intérieurs. Event: Canal destiné à faciliter l'échappement des gaz formée au moment ou le métal entre en contact avec la surface de l’empreinte Plan de joint: plan de coupe qui délimite les différentes parties d'un moule Quelques définitions Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 29. Dépouille ou angle de dépouille: l'inclinaison des parois du moule nécessaire pour faciliter le démoulage de la pièce (On parle de contre-dépouille lorsque la forme de la pièce interdit un démoulage direct) Noyauter : réaliser les noyaux qui seront incorporés au moule Décochage : la première opération de démoulage qui consiste à séparer la grappe métallique (pièce moulée + système de coulée + masselottes) du sable de moulage 29 Quelques définitions On sépare souvent la pièce de ces masselottes et de son système d’alimentation Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 30. Ebarbage :opération qui consiste à éliminer les bavures de métal Bavure : Surplus de métal , nécessaire pour remplir la gravure (apparait comme une couche mince solidifiée au niveau du plan de joint) Boîte à noyaux: Élément d’outillage permettant de réaliser un noyau. Bruts de fonderie 30 Débourrage: consiste à évacuer le sable de l'intérieur de la pièce après solidification Brut de fonderie: Se dit d’une pièce n'ayant subi aucun usinage en dehors des opérations d'ébarbage courant. Gravure : empreinte ou forme de la pièce à mouler gravé dans le moule Quelques définitions Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 31. Modelage: Fabrication du modèle, des boîtes à noyaux et, et par extension tous les éléments d'outillage Outillages : Terme recouvrant les modèles ou plaques-modèles permettant de réaliser les empreintes dans le sable, les moules permanents, et les « boîtes à noyaux » destinées à réaliser les volumes en sable Parachèvement : L’ensemble des opérations de finition des pièces Perte au feu :Diminution de poids d’un alliage lors de la fusion par volatilisation de certains éléments, et par réaction avec les divers corps qui viennent au contact de cet alliage Retrait: Différence de dimension entre la pièce réalisée et son empreinte due au passage de l’état liquide à l’état solide du métal (abaissement de la température, changement d'état de la matière, relaxation suite au relâchement des contraintes) Sable à vert :Sable de moulage composé de silice, d’argile, d’eau et de noir minéral Sable à vert 31 Ferraille: Déchets d’élaboration ou de transformation de métaux ferreux (fer, acier, fonte), pièces déclassées (fonderie est grosse consommatrice de ferrailles de diverses origines qu’elle recycle dans son processus industriel) Quelques définitions Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 32. Surépaisseur d'usinage: Supplément de métal prévu à certains endroits de la pièce brute pour en permettre l'usinage Système d'alimentation: Ensemble de cavités amenant le métal liquide dans l'empreinte et servant compenser le retrait. Système d’attaque: Ensemble des conduits ménagés dans le moule pour le remplissage de l'empreinte de la pièce brute munie de ses masselottes. Acier faiblement allié: Acier dans lequel aucune addition n’est supérieure à 5% en masse. Alliage léger: Alliage à base d’aluminium. Calamine: Couche d'oxydes se formant à haute température au contact de l'air sur les lopins et les pièces forgées en acier. 32 Quelques définitions Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 33. Retassure: Manque de métal observé en fonderie, en fin de solidification et dû à la contraction du métal lors de la solidification Décrassage : enlèvement à l'aide d'une écrémoire, le laitier et les crasses flottant à la surface d'un bain de métal Poteyage : Cette opération qui consiste à enduire une pièce d’un liquide protecteur qui sert à refroidir le moule, à le protéger et enfin à démouler correctement la pièce. Poteyage Décrassage Retassure 33 Quelques définitions Laitier: Résidus solides. C’est un mélange composé essentiellement de silicates, d'aluminates et Oxyde de calcium solide, avec divers oxydes métalliques, à l'exception des oxydes de fer Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 34. Métaux et alliages fusibles Alliages de fer et de carbone (entre 0,02 % et 2 % en masse) Les métaux ferreux : des alliages de fer et de carbone, associés à d’autres éléments Aciers et Fontes 34 Aciers la dureté, la résistance à la rupture, la limite élastique, la résistance à la corrosion, la résistance à l'usure et la trempabilité Augmentation du % de carbone Amélioration La malléabilité, la résilience et la soudabilité. Diminution Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 35. Métaux et alliages fusibles: Les aciers 35 Les aciers représentent environ 95% des métaux utilisés dans le secteur de la forge, contre 12% de ceux utilisés dans le secteur de la fonderie 3 Grandes familles Aciers carbone Automobile, Poids lourd, Agricole, outillage à main, coutellerie, arbres de transmission,… Aciers faiblement alliés Automobile, Poids lourd, Agricole, coutellerie, arbres de transmission,… Aciers fortement alliés (Aciers inox, Aciers réfractaires, Aciers outils) Chimie, nucléaire, alimentaire, Aéro, énergie, pétrole Généralement 0.15 à 0.5% C Teneur de chaque élément d’alliage est inférieur à 5% (Mn, Ni, Cr, Mo; V, Cu ou Nb) Teneur d’au moins un élément d’alliage dépasse 5% (Cr, Ni, Mn) Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 36. Manganèse (Mn) : augmente la limite élastique, la trempabilité et la résistance à l’abrasion Nickel (Ni) : augmente la résistance aux chocs et à la corrosion Silicium (Si) : augmente la limite élastique Tungstène (W) : augmente la résistance à l’usure et à la chaleur Molybdène (Mo) : augmente la résistance à l’usure et à la chaleur Vanadium (V) : augmente la résistance à l’usure et aux déformations Métaux et alliages fusibles: Les aciers Le traitement thermique permet d’obtenir des gammes de caractéristiques mécaniques étendues L’ajout d’éléments influence les caractéristiques mécaniques des pièces produites: 36 Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 37. Métaux et alliages fusibles: Les fontes Matériau présentant de très bonnes propriétés d’utilisation mais peu d’élasticité à la traction Les fontes à graphite sphéroïdal Les fontes : des alliages de fer et de carbone (2,5 à 4%) 37 Présence du carbone sous forme de lamelles de graphite libre qui cristallise dans la matrice métallique, celles-ci créent des amorces de rupture entraînant une certaine fragilité. Fontes à graphite lamellaire Ajout des éléments dits éléments d’addition (nickel, chrome ...) (la teneur en carbone est généralement inférieure à 3%) Le graphite cristallise sous forme de petites sphères et non de lamelles Fontes alliées Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 38. Métaux et alliages fusibles: Les fontes Fonte à graphite lamellaire (GL) + Bonne usinabilité, rigidité, résistance à la corrosion et à la compression, bonne absorption des vibrations, excellente coulabilité - Fragile comparée aux aciers et à la fonte GS Machines-outils, pièces mécaniques, chauffage, contrepoids, automobile Fonte à graphite sphéroïdal (GS) + Grande ductilité, bonne usinabilité en structure ferritique et assez bonne en perilitique, bonne coulabilité et soudabilité, bonne élasticité Pièces mécaniques, pièces automobiles (pièces de liaison au sol, pièces de sécurité : composants moteurs type vilebrequins, freinage, freinage, supports de fusée de roue…), pièces ferroviaires, agricoles, hydrauliques, pour travaux publics, tuyaux d’adduction d’eau Fonte à graphite vermiculaire(en forme de barrette) (GV) + Avec un graphite dont la forme est comprise entre les lamelles et les sphères, la FGV allie les avantages de la FGL sans ses inconvénients (Fragilité) - La principale difficulté est la maîtrise reproductibilité de sa structure Transports terrestres : carters-cylindres et culasses de gros moteurs (2,5 à 7 litres de cylindrée) en véhicules particuliers, et camion 38 Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 39. Métaux et alliages fusibles: Métaux non-ferreux Métaux non-ferreux : alliages ne comprenant pas de fer, ou dans des proportions très faibles Cuivres et alliages cuivreux : Excellente résistance à la corrosion et très bonne conductibilité électrique Bronze (Cuivre-Etain) Conductivité électrique et thermique parmi les plus élevées Excellente coulabilité Faible dureté l’usinage et la découpe Résistance à l’usure (propriétés anti-frottement) Amagnétisme (sans propriétés magnétiques) Soudabilité et aptitude au brasage Aptitude au polissage et aux traitements de décoration Bon coefficient de dilatation Bonne résistance mécanique et dureté Résistance à la corrosion particulièrement en milieu marin Cloches, équipements électriques et électroniques, connectique, échangeurs de chaleur, robinetterie industrielle et sanitaire, plomberie, construction navale aérospatiale et aéronautique, pièces d’étanchéité en milieu marin, échangeurs marins,… Laiton (Cuivre-Zinc) Cupro-aluminiums (Cuivre-Aluminium) 39 Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 40. Métaux et alliages fusibles: Alliages légers et ultralégers Les alliages légers sont élaborés à partir d’aluminium Les alliages ultra légers sont élaborés à partir de magnésium. Alliages d’aluminium et de silicium + Légèreté, bonne coulabilité, usinabilité et propriétés d'aspect Automobile, aéronautique et spatial, mécanique, chimie Alliages d’aluminium et de cuivre + Bonnes caractéristiques mécaniques, bonne usinabilité - Mauvaise tenue à la corrosion, criquabilité (sensibilité aux ruptures en cours de solidification) importante Tuyauteries, raccords Alliages d’aluminium et de magnésium + Bonne usinabilité et grande résistance à la corrosion - Coulabilité moins bonne et criquabilité importante Piston, aubes de compresseurs 40 Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 41. Les alliages de zinc sont le plus souvent alliés à l’aluminium (de 4 à 30%) et contiennent parfois de faibles additions de magnésium (de 0,012 à 0,06%) et de cuivre (jusqu’à 3%) Alliages de zinc et Zamak Métaux et alliages fusibles: Alliages légers et ultralégers Le plus couramment utilisé (95% du marché) est appelé zamak (zinc pur à 99,995%) Sa coulabilité en font un alliage adapté à la coulée sous-pression qui permet d’obtenir des pièces minces et/ou de configuration compliquée Alliage Propriétés Applications Zamak (Aluminium, Magnésium, cuivre) + Très bonne coulabilité, stabilité dimensionnelle, résistance à la corrosion Automobile, bâtiment, décoration, électricité, électronique, parfumerie 41 Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 42. Ce sont des alliages à haute performance présentent d'excellentes résistances mécaniques, notamment en fatigue thermique, corrosion à chaud ou torsion Métaux et alliages fusibles: Les super-alliages Alliage Propriétés Applications Hastelloy(alliages à base de Nickel) Inconel(alliages à base de Nickel) Monel (de nickel principalement et de cuivre) + Bonne résistance mécanique (pression, torsion, fatigue), résistance à la corrosion, grande résistance à hautes températures Aéronautique (turbines, turboréacteurs), sport automobile, marine 42 Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 43. Les pièces moulées demandent souvent des traitements thermiques d’homogénéisation pour améliorer leurs propriétés. S’elles contiennent des soufflures ou des gaz occlus, elles peuvent gonfler lors des traitements thermiques, ce qui nuit à leurs précisions dimensionnelles. Traitements thermique des pièces Lors du moulage d’un arbre à cames en fonte dans un moule en sable on peut obtenir de la fonte grise pour le corps de l’arbre et de la fonte blanche très dure et résistante à l‘usure pour les cames en plaçant des refroidisseurs en acier dans le moule, à l’emplacement des cames Contrôler le refroidissement des différentes parties de la pièce dans le moule pour engendrer des modifications structurales au cours du refroidissement Exemple 43 Effectuer un traitement thermique en même temps que le moulage Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 44. Moulage au Sable: Principe Le moulage en sable consiste à couler le métal en fusion dans l'empreinte du moule en sable, réalisée d'après un modèle 44 Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 45. Moulage au Sable: Principe Un moule simple est constitué de deux parties : La partie supérieure et la partie inférieure. Après refroidissement et solidification, la pièce est sortie pour subir les différentes opérations de finition Le métal en fusion est coulé à travers le trou du système de coulée, en traversant les canaux jusqu'à remplissage de l'empreinte 45 Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 46. Moulage au Sable: Sables de moulage Les sables utilisés en fonderie doivent répondre à un certain nombre d’impératifs : Composition des sables de fonderie 46 Reproduire fidèlement la pièce modèle Avoir une surface aussi fine que possible Ne pas se désagréger lors de l’extraction du modèle Résister à la température de coulée élevée du métal Résister à l’érosion par le métal liquide, lors de la coulée Etre suffisamment perméable pour permettre le passage des gaz produits pendant la coulée Permettre un décochage aisé 70 à 80% de silice(dioxyde de silicium) => support 5 à 15% d’argile => agglutinant 7 à 10% d’eau 3 à 5% d’impuretés (oxyde de fer, matières organiques, etc.) Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 47. Moulage au Sable: Avantages Convient presque pour tous Les métaux et alliages de moulage (pièces en fonte, acier et métaux non ferreux) S'adapte bien aux petites séries de production et surtout pour les pièces de grandes dimensions. Le plus universel, le plus ancien et le plus couramment employé, et qui reste toujours très compétitifs avec d’autres procédés plus modernes. Permet de couler aussi bien de grosses pièces unitaires, que de petites et moyennes pièces en série, sur chantiers de moulage mécanisés, quel que soit l’alliage. Rapide Taux de récupération du sable très élevé Moule et hache en Bronze 47 Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 48. Moulage au Sable d’une Tubulure Préparation du sable Cette préparation se réalise dans la sablerie qui sert à recycler le sable à vert (taux de recyclage 99%) Sablerie Sable à vert Un matériau réfractaire : la silice pure Matière rocheuse naturelle: l’argile Un matériau protecteur : le noir minéral(Substance chimique colorante généralement sous forme de fines particules) Eau Impuretés 48 Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 49. Moulage au Sable d’une Tubulure Tubulure Application 49 Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 50. Moulage au Sable d’une Tubulure Préparation du modèle Le modèle peut se réaliser après l’étude de moulage ( il doit comporter les portées de noyaux ainsi que d’éventuelles attaques de coulées) Matériaux: bois, résine(Produit polymère), plâtre, ciment pour les modèles réutilisables et polystyrène ou cire pour les modèles perdus. Le modèle doit être en 2 parties pour permettre le démoulage 50 Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 51. Préparation du châssis inférieur On place le modèle à l’intérieur du 1/2 châssis inférieur On place un tamis afin d’éviter de mettre des impuretés au contact du modèle On verse le sable Moulage au Sable d’une Tubulure 51 Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 52. On vient alors damer le sable à l’aide de la pilette On racle alors la surface du châssis Retourner le châssis inférieur Préparation du châssis inférieur Moulage au Sable d’une Tubulure 52 Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 53. on place le deuxième 1/2 modèle sur l’autre à l’aide des pions de centrage On met alors le châssis supérieur On rempli le châssis de sable comme pour le premier châssis On place un tube qui servira de descente de coulée Préparation du châssis supérieur Moulage au Sable d’une Tubulure 53 Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 54. Moulage au Sable d’une Tubulure On sépare les 2 châssis et on enlève délicatement les deux 1/2 modèles On creuse enfin l’entonnoir de coulée sur le dessus du châssis supérieur à l’aide d’une spatule On réalise les évents dans les parties les plus hautes du châssis supérieur 54 Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 55. Moulage au Sable d’une Tubulure On creuse le canal et les attaques de coulées à l’aide des spatules dans le châssis inférieur 55 Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 56. On place alors le noyau dans l’empreinte du châssis inférieur Emplacement du noyau Moulage au Sable d’une Tubulure 56 Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 57. On utilise des lingots qui ont la bonne composition (préparés par l’aciérie) On les place dans un four à induction pour assurer un meilleur rendement Puis on fait couler le mélange dans un four de maintien Préparation de la fusion Moulage au Sable d’une Tubulure Lingots 57 Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 58. On place le moule sur un support stable. Pour des raisons de sécurité, il faut enfiler une combinaison ignifuge (tenue au feu ) et un masque Une fois l’empreinte remplie, on laisse refroidir entre 5 et 15 minutes (suivant la taille de la pièce). Après on procède à la destruction de la moule Remplissage et démoulage Moulage au Sable d’une Tubulure 58 Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 59. Ebavurage Moulage au Sable d’une Tubulure 59 Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 60. Moulage au Sable d’une Tubulure en T Application 60 Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 61. Réalisation du modèle Remplissage de sable Moulage au Sable d’une Tubulure en T Application 61 Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 62. Assemblage des châssis Démoulage du châssis inférieur Moulage au Sable d’une Tubulure en T Application 62 Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 63. Châssis supérieur Remplissage de sable (Châssis supérieur) Moulage au Sable d’une Tubulure en T Application 63 Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 64. Moulage au Sable d’une Tubulure en T Application 64 Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 65. Fermeture du moule Moulage au Sable d’une Tubulure en T Application 65 Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 66. Coulée Moulage au Sable d’une Tubulure en T Application 66
  • 67. Démoulage Moulage au Sable d’une Tubulure en T Application 67 Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 71. Etapes de conception des pièces moulées 1.Lecture du cahier de charge Pendant cette étape, le modeleur est chargé de: comprendre la forme de la pièce, s’informer de l’échelle indiquée, s’assurer des surfaces à usiner et de celles qui vont rester brutes, lire la rugosité minimale inscrite sur une des surfaces à usiner, lire les dimensions maximale et minimale de la pièce et s'informer sur les tolérances, etc Pendant cette étape, le modeleur est chargé de s'informer sur: le matériau de(s) la pièce(s) à mouler (donc de sa température de fusion) la cadence de production etc 2.Lecture du dessin de définition 71 Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 72. Etapes de conception des pièces moulées 3. Choix du procédé de moulage 4. Choix du plan de joint 5. Ajout du retrait, des surépaisseurs d'usinage et des dépouilles pour tracer le modèle 6.Confection de la boîte à noyau et du noyau 72 9. Choix du type et dimensionnement de la masselotte 7. Dimensionnement du système de coulée 8. Dimensionnement des châssis Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 73. Règles de conception des pièces moulées Règle 1 Choix du procédé de moulage en fonction : 73 de la nature de l'alliage coulé de la cadence de production du poids de la pièce de l'épaisseur de la pièce de la rugosité et de l'intervalle de tolérance etc Procédé de moulage en fonction de la nature de l'alliage coulé Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 74. Règle 1 Choix du procédé de moulage en fonction du nombre minimal de pièces à produire Règles de conception des pièces moulées 74 Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 75. Choix du procédé de moulage en fonction du poids de la pièce à mouler en Kg et de son matériau Règles de conception des pièces moulées Règle 1 75 Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 76. Choix du procédé de moulage en fonction de l'épaisseur de la pièce à mouler en mm et de son matériau Règles de conception des pièces moulées Règle 1 (la dimension englobe les surépaisseurs d'usinage et les dépouilles) 76 Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 77. Choix du procédé de moulage en fonction de la rugosité en µm et l'intervalle de tolérance en mm Règles de conception des pièces moulées Règle 1 77 Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 78. Règles de conception des pièces moulées Règle 2 Envisager des pièces multiples, simples et économiques plutôt qu'une seule si c'est possible Nombre de pièces 78 Plan de séparation des deux châssis Surface contenant la plus grande section ou le plan de symétrie de la pièce Règle 3 Choix du plan de joint Employer des chapes s'il y a plus d’un plan de joint Choisir un nombre minimal de plans de joint Choisir de préférence des plans perpendiculaires au sens de démoulage Le choix dépend des contre dépouilles, des dimensions des châssis, des positions des usinages, etc. Le choix doit limiter le nombre de noyaux Définition Critère Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 79. Définition: cadre rigide qui doit contenir et maintenir le sable constituant le moule Matériaux constitutifs : l'acier moulé, la fonte, l'acier profilé ou soudé ou l'alliage d'aluminium Forme du châssis: carrée, rectangulaire, rond, polygonale, etc. Règles de conception des pièces moulées Règle 4 79 Châssis Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 80. Matériau de fabrication: bois, métal, ou résine synthétique. Formes: boîtes en forme de cadre sans fond ou boîtes goujonnées Le tableau permet de guider le choix du type de noyautage Règles de conception des pièces moulées Règle 5 Choix de la boîte à noyau 80 Noyau et boîte à noyau Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 81. a = 10 à 15mm b=20 à 40mm et c=d d: diamètre du noyau en sable aggloméré L: longueur du noyau B: La plus grande dimension du noyau parallèle au plan du joint du moule Règles de conception des pièces moulées Règle 5 81 Noyau et boîte à noyau Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 82. Règle 7 Emplacement des surfaces qui ne seront pas usinées à la partie inférieure du moule Règles de conception des pièces moulées Règle 6 Il est fonction du matériau coulé (voir tableau) 82 Surfaces brutes Retrait Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 83. Règle 8 Sert à faciliter l'extraction du modèle en moulage en sable ou de la pièce ( moulage en coquille) Règles de conception des pièces moulées 83 Dépouille Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 84. Règle 9 Sert à supprimer l'effet du moulage sur les surfaces fonctionnelles Surépaisseur d'usinage (norme ISO 8062 ) en fonction de la nature du matériau coulé et du type de moulage choisi Règles de conception des pièces moulées 84 Obtenir la précision dimensionnelle cible Surépaisseur d'usinage Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 85. Règle 9 Règles de conception des pièces moulées Surépaisseur d'usinage (Selon la norme ISO 8062 )en fonction de la nature du matériau coulé et du type de moulage choisi 85 Surépaisseur d'usinage Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 86. Classes de tolérance d'usinage en moulage en fonction de la nature du matériau coulé et du type de moulage choisi Règle 9 Règles de conception des pièces moulées 86 Classes de tolérance Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 87. Règle 9 Règles de conception des pièces moulées Valeurs des tolérances en moulage en fonction de la nature du matériau coulé et du type de moulage choisi 87 Classes de tolérance Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 88. Règle 10 L'air emprisonné dans l'empreinte doit être évacué du moule pendant le remplissage Le gaz provenant du métal en fusion doit être évacué en même temps que l'air Règles de conception des pièces moulées 88 Exemple de coquille en deux parties et un noyau Exemple de coquille Moule coquille ouvert Il faut prévoir des tirages d'air aux joints et entre les chapes au cours de la construction du moule Dans le plan de joint, des canaux plats de 10 mm de largeur et de 0,3mm de profondeur sont usinés Tirage d'air (moulage en coquille)
  • 89. Règles de conception des pièces moulées 89 Raccordement des masselottes avec le volume de la pièce: doit permettre un bon approvisionnement en métal liquide Le métal se refroidit trop rapidement dans une attaque de masselotte trop étroite ou trop longue (remplissage incomplet) Règle 11 Dimensionnement de la masselotte Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 90. 𝜂 est le rendement de la masselotte 𝜂 =1/6 pour une masselotte débouchante 𝜂 = 1/2 pour une masselotte borgne r étant le retrait (voir tableau ) Pour déterminer le volume de la masselotte Vm afin de combler le déficit volumique de la partie de la pièce alimentée par la masselotte (de volume Vp), on utilise la relation: Règle 11 Règles de conception des pièces moulées 90 𝜂𝑉 𝑚 = 𝑟𝑉 𝑝 Dimensionnement de la masselotte Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 91. Les masselottes borgnes sont utilisées pour les attaques éloignés de la partie supérieure du moule Méthode pour déterminer la position de la masselotte diviser la pièce en volumes simples (P) évaluer chronologiquement la solidification de ces volumes par calcul des modules de refroidissements (MR) de chaque volume élémentaire Masselotter les volumes solidifiés en dernier lieu: Les modules de refroidissement doivent être croissants vers la masselotte Règles de conception des pièces moulées 91 𝑀𝑅 = 𝑉 𝑠 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑒 𝑃 𝑆𝑢𝑟𝑓𝑎𝑐𝑒 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑓𝑟𝑜𝑖𝑑𝑖𝑠𝑠𝑚𝑒𝑛𝑡 𝑃 = 𝑆𝑒𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑡𝑖𝑒 𝑑𝑒 𝑃 𝑃𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑒 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑓𝑟𝑜𝑖𝑑𝑖𝑠𝑠𝑚𝑙𝑒𝑛𝑡 𝑑𝑒 𝑃 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑠𝑖𝑚𝑝𝑙𝑒 𝑃: 𝑃𝑎𝑟𝑡𝑖𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑖è𝑐𝑒 𝑒𝑛 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑐𝑡 𝑎𝑣𝑒𝑐 𝑙𝑒 𝑚𝑜𝑢𝑙𝑒 𝑜𝑢 𝑙𝑒 𝑛𝑜𝑦𝑎𝑢 Modules de refroidissement Règle 11 Dimensionnement de la masselotte Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 92. Règles de conception des pièces moulées 92 Règle 11 Dimensionnement de la masselotte Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 93. 93 Règles de conception des pièces moulées Règle 11 Dimensionnement de la masselotte
  • 94. Règle 12 Règles de conception des pièces moulées 94 Coulée par le haut :pièces de faible hauteur Coulée par le côté : pièces de hauteur moyenne Coulée par le bas: pièces de hauteur importante Dimensionnement et calcul du système de coulée Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 95. Règle 12 Règles de conception des pièces moulées 95 Dimensionnement du dispositif de coulée Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 96. Règle 12 Règles de conception des pièces moulées 96 Dimensionnement du dispositif de coulée Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 97. Règle 12 Règles de conception des pièces moulées 97 Dimensionnement du dispositif de coulée Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 98. La règle principale à respecter est qu'on ne doit pas avoir de variation brusque d'épaisseur (cela provoquerait des contraintes internes lors du refroidissement, empêche un écoulement optimal de la matière et crée un point de fragilité sur la pièce) Règle 13 Règles de conception des pièces moulées 98 Tracé des parois Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 99. Les pentes et les rayons de raccordement sont définis par le tableau suivant: Règle 13 Règles de conception des pièces moulées 99 Tracé des parois Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 100. Règle 13 Règles de conception des pièces moulées 100 Tracé des parois Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 101. Règle 13 Règles de conception des pièces moulées 101 Tracé des parois Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 102. Règle 13 Règles de conception des pièces moulées 102 Tracé des parois
  • 103. Si les deux parois ne disposent pas de la même épaisseur, il faut ajouter la condition de tangence sur les bords et faire le traçage des deux rayons de raccordement qui ne disposent pas du même centre Règle 14 Règles de conception des pièces moulées 103 Tracé d'un raccordement d'angle en forme de "L" Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 104. Règle 16 Règles de conception des pièces moulées 104 Tracé d'un raccordement d'angle en forme de "V"
  • 105. Il faut modifier la géométrie pour éviter l'accumulation d'une masse importante de métal Règles de conception des pièces moulées Règle 17 105 Tracé d'un raccordement d'angle en forme de "Y"
  • 106. Règle 18 Règles de conception des pièces moulées 106 Tracé d'un raccordement d'angle en forme de "X"
  • 107. L'accumulation de matière à l'intersection est néfaste. Il faut donc éviter cette conception et suivre les consignes du tableau: Pour affiner le tracé et atténuer l'effet de masse, il est préférable de créer de légères ondulations au niveau des raccordements Règle 18 Règles de conception des pièces moulées 107 Tracé d'un raccordement d'angle en forme de "X"
  • 108. Règle 19 Règles de conception des pièces moulées 108 Tracé des nervures
  • 109. Pour les équerres de grandes dimensions, on peut remplacer les nervures par un caisson La résistance mécanique est quasiment identique mais la pièce est plus facile à réaliser. Pour respecter la règle des épaisseurs constantes, il faut que le caisson soit creux. Les nervures de sections rectangulaires peuvent être remplacées par des nervures de forme galbées (demi-ovales): l'écoulement du matériau est meilleur et la variation d'épaisseur est moins brusque Règle 19 Règles de conception des pièces moulées 109 Tracé des nervures
  • 110. Les alésages bruts de fonderie sont obtenus à l'aide de noyaux pour le moulage en sable et à l'aide de broche pour le moulage en coquille. Les noyaux réalisés en matière réfractaire sont fortement sollicités au moment de la coulée. Il doivent donc avoir des dimensions minimales. L'avantage des noyaux en sable est qu'ils sont détruits lors du décochage. On n'aura donc pas besoin de respecter un angle de dépouille pour ces pièces. La figure suivante permet de connaître le diamètre minimal réalisable en fonction de l'épaisseur de la matière et de la profondeur de l'alésage. Règles de conception des pièces moulées Règle 20 110 Dimension des trous et alésages
  • 111. Pour les trous, le diamètre minimal réalisable par fonderie dans une parois dont la longueur est au moins 5 fois l'épaisseur, est déterminé d'après le graphique suivant: Règles de conception des pièces moulées Règle 20 111 Dimension des trous et alésages
  • 112. Dans le cas où les plaques trouées sont fortement sollicitées, les contraintes s'accumulent aux points de faiblesse et notamment les perçages. On modifie donc la géométrie de la pièce prés de ces zones de faiblesse pour les renforcer. Règles de conception des pièces moulées Règle 20 112 Dimension des trous et alésages Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 113. Les bossages sont la plupart du temps crées pour permettre le montage des vis ou autre. Il faut donc créer un trou entouré de matière avec un profil supérieur apte à recevoir une tête de vis. On va, néanmoins, chercher à réduire la masse de métal utilisée pour alléger la pièce et veiller à ce que la concentration de matière ne soit pas trop prononcée. Règles de conception des pièces moulées Règle 21 113 Tracé des bossages Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 114. On doit ajouter un bossage en bout de la pièce pour faciliter son montage entre pointes et satisfaire la contrainte géométrique Règles de conception des pièces moulées Règle 22 114 Modification pour faciliter l'usinage Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 115. Règles de conception des pièces moulées 115 Matériau Diagramme Fer-Carbone Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 116. Règles de conception des pièces moulées 116 Matériau Acier Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 117. Règles de conception des pièces moulées 117 Matériau Acier Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 118. Règles de conception des pièces moulées 118 Matériau: Fonte Cémentite :Carbure de Fer (Fe3C) Très fragile Fonte blanche, dure, cassante ,pour des pièce d’usure Formation de graphite Processus naturel mais très lent Fonte grise Recuit de fonte blanche (1000°C, ~10 h , refroidissemnt en 15h) Ajout d’alliage (Cu,Ni,Si) Fonte malléable à cœur noir Précipitation de graphite sous forme de lamelles • Fonte à graphite lamellaire en GJL • Fragilisation par concentration de contrainte • Grande stabilité • Bâtis, tuyaux de grand diamètre, inserts de cheminée Précipitation de graphite sous forme de sphères • Matériaux à faible taux de souffre • Inoculation de Magnésium avant la coulée • Fonte à graphite sphéroïdale dite fonte ductile: en GJS • Canalisations, arbres à came, vilebrequins Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 119. Règles de conception des pièces moulées 119 Aciers (Pas beaucoup, T° fusion élevée; ex: GS 235 Cuivre (Tf=1085°C) • Bronze :Robinetterie, pièces de frottement ,… (jusqu’à 20% d’étain) • Cupro-aluminium: Résistance à la corrosion (hélices de bateau) • Laitons • Cupro-nickel: Résistance à la corrosion Aluminium • + silicium (meilleur coulabilité, moins de défauts de dilation/retrait • +Cuivre (meilleur dureté) (Al-Cu4MGSi Zinc • Zinc +Aluminium+ Magnésium+ cuivre=Zamak • Zamak 3:4% Al+0.03% Mg ;Tf=384°C Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 120. Problème 1 (TD) On veux fabriquer des pièces en fonte grise GL. Chaque pièce est considérée massive et épaisse (Epaisseur=150 mm). Une rugosité et un intervalle de tolérance larges sont acceptés sur la pièce moulée. Toutes les surfaces de la pièce seront usinés pour donner la pièce finie suivante : Procédé de Moulage 120 Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 121. Problème 1 (TD) Procédé de Moulage 121 Quel est le procédé de moulage approprié pour cette pièce? (Justifier votre réponse) Indiquer le plan de joint de la pièce. Justifier votre réponse Indiquer la valeur du retrait de votre matériau et calculer les valeurs à ajouter aux cotes de la pièce Choisir la classe des surépaisseurs d'usinage pour les cotes spécifiées (Figure) et donner la valeur de la surépaisseur d'usinage pour chaque côte. Choisir la classe de tolérance d'usinage et déterminer l'intervalle de tolérance lié à chaque cote. Donner les côtes du brut (laisser les traces du calcul) Pr.R.Benmessaoud 2023/2024
  • 122. Problème 1 (TD) Procédé de Moulage 122 Déterminer les dépouilles du modèle de la pièce Décomposer votre pièce en éléments simples et calculer les modules de refroidissement correspondant à chaque partie. Dans quel élément faut-il mettre la masselotte ? En respectant la démarche vue en cours, déterminer les dimensions du système de coulée (on procédera par le coulée par le haut avec un temps de remplissage de 167 s, une hauteur h1=30 cm et une hauteur h0=5 cm Déterminer les dimensions des chassis Donner le tracer de la pièce brut de fonderie Pr.R.Benmessaoud 2023/2024