Revision sheet: Principes et procédés de fonderie

📋 Plan du Cours

1. Principe et avantages des procédés de fonderie
2. Modèles en fonderie : retrait, dépouille, surépaisseur et noyaux
3. Classification des procédés de moulage en fonderie
4. Moulage au sable : matériaux, préparation et étapes opératoires
5. Procédés de moulage avec modèle perdu, au sable autodurcissant et Croning
6. Moulage à la cire perdue : fabrication, cuisson et finition
7. Moulage en coquille métallique par gravité et sous pression : principes et étapes
8. Principaux défauts de moulage en fonderie et méthodes de détection
9. Influence du type de moule et de la structure métallique sur la qualité des pièces

📖 1. Principe et avantages des procédés de fonderie

🔑 Notions clés & Définitions

• Procédé de moulage des métaux en fusion : méthode de transformation des métaux à l’état liquide en pièces solides, par la mise en forme dans un moule, permettant une fabrication rapide et précise. Ce procédé consiste à faire couler le métal en fusion dans un moule selon la forme souhaitée, puis à laisser refroidir et solidifier pour obtenir la pièce finale.

• Alliages moulés en fonderie : combinaisons métalliques spécifiques, tels que l’acier, l’aluminium, le cuivre, la fonte, le magnésium, le plomb, le titane ou le zinc, qui peuvent être façonnés par la technique de moulage en fusion. La diversité des alliages permet d’adapter la fonderie à une large gamme d’applications industrielles.

• Caractéristiques techniques des pièces moulées : propriétés techniques élevées, notamment en termes de résistance, de durabilité, de précision dimensionnelle et de finesse de détail. Les pièces moulées présentent souvent une grande précision de forme, une finition de surface de qualité, et peuvent comporter des détails complexes ou intégrés.

📝 Points essentiels

• La fonderie permet de réaliser des pièces en métal en fusion en une seule opération, du liquide à la forme quasi définitive. En effet, le métal liquide est versé dans un moule qui lui confère immédiatement la forme souhaitée, évitant ainsi plusieurs étapes de fabrication. Ce procédé offre une rapidité de production et une capacité à produire des pièces de grande complexité, souvent en une seule étape.

• Les procédés de fonderie s’adaptent à tous types d’alliages métalliques, notamment l’acier, l’aluminium, le cuivre, la fonte, le magnésium, le plomb, le titane ou le zinc. Cette compatibilité étendue permet d’utiliser la fonderie pour une variété d’applications industrielles, allant de la construction à l’aéronautique, en passant par l’automobile et la mécanique générale.

• La liberté de formes offerte par la fonderie permet d’obtenir des pièces complexes, intégrant plusieurs fonctions en un seul bloc. La possibilité de créer des formes géométriques difficiles à réaliser par d’autres procédés est un avantage majeur. Elle permet également de rassembler plusieurs éléments fonctionnels dans une seule pièce, réduisant ainsi le nombre d’assemblages et de pièces détachées.

• Certains types de pièces, notamment dans les industries de pointe, ne peuvent être réalisés que par moulage du métal en fusion. Ces pièces, souvent de forme très complexe ou nécessitant des propriétés techniques spécifiques, exigent l’utilisation de procédés de fonderie pour leur fabrication. La précision et la complexité géométrique qu’offre la fonderie sont essentielles dans ces secteurs.

💡 À retenir

La fonderie est une méthode polyvalente et efficace pour transformer rapidement des métaux liquides en pièces complexes et précises, adaptée à une large gamme d’alliages. Elle permet de produire des pièces aux caractéristiques techniques élevées tout en offrant une grande liberté de formes, notamment pour des applications industrielles exigeantes.

📖 2. Modèles en fonderie : retrait, dépouille, surépaisseur et noyaux

🔑 Notions clés & Définitions

• Surépaisseur d'usinage : Une quantité supplémentaire de matière ajoutée sur les surfaces destinées à être usinées après moulage, permettant de compenser les pertes ou ajustements lors de la finition.
• Formes extérieures : La géométrie externe du modèle qui correspond à la forme finale de la pièce moulée, incluant les protubérances appelées portées destinées à recevoir les noyaux.

📝 Points essentiels

• Le retrait correspond à la contraction de la pièce pendant son refroidissement, variable selon l'alliage, avec 10‰ pour la fonte et 17‰ pour les alliages légers.
• La dépouille est une pente de 2 à 2,5% donnée aux parois verticales du modèle pour faciliter son extraction sans dégradation.
• La surépaisseur d'usinage est ajoutée sur les surfaces devant être usinées après moulage pour compenser le retrait.
• Les noyaux sont des parties insérées dans le moule pour former des cavités ou des formes impossibles à extraire autrement, soutenus par des portées coniques.
• Les modèles peuvent être réalisés en plâtre, bois, métal ou résine, selon le nombre de pièces et les tolérances dimensionnelles.
• • Dans le cas d'une pièce comportant des cavités ou des formes extérieures ne permettant pas l'extraction indépendante de l'empreinte, il est nécessaire de réaliser des parties de moule (noyaux) qui sont mis en position et soutenus dans l'empreinte par des portées coniques.
• • Pour permettre l'extraction du modèle de son empreinte sans le dégrader, il est nécessaire de donner une pente de 2 à 2,5% aux parois verticales du modèle (dépouille).

💡 À retenir

Le retrait correspond à la contraction de la pièce pendant son refroidissement, variable selon l'alliage, avec 10‰ pour la fonte et 17‰ pour les alliages légers.

📖 3. Classification des procédés de moulage en fonderie

🔑 Notions clés & Définitions

• Procédé : Méthode utilisée pour obtenir une pièce de fonderie, adaptée aux caractéristiques de la pièce, à la nature de l'alliage et aux exigences de production, impliquant différents modes de moulage et matériaux.
• Moulage au sable : Technique de moulage utilisant un moule constitué de sable, formé autour d'un modèle, qui est détruit après la coulée pour extraire la pièce obtenue.

📝 Points essentiels

• Les procédés de moulage se classent selon le mode de moulage, le durcissement des matériaux du moule, la nature des noyaux et des modèles.
• Les moules non permanents incluent le moulage au sable, le moulage avec modèle perdu, le moulage au sable autodurcissant, le moulage Croning et le moulage à la cire perdue.
• Les moules permanents comprennent le moulage en coquille métallique par gravité et sous pression.
• • des modes de moulage.
• • de la nature des modèles qui doivent être compatibles avec les procédés employés.

💡 À retenir

Les procédés de moulage se classent selon le mode de moulage, le durcissement des matériaux du moule, la nature des noyaux et des modèles.

📖 4. Moulage au sable : matériaux, préparation et étapes opératoires

🔑 Notions clés & Définitions

• Sable silico-argileux : Matériau naturel de moulage composé de grains de silice et d'argile, humidifié pour former un lait d'argile qui enrobe et agglomère les grains, utilisé pour fabriquer des moules en fonderie.
• Plan de joint : Surface plane obtenue lors du moulage au sable qui délimite la séparation entre les parties du moule et qui est protégée par un isolant tel que du talc.

📝 Points essentiels

• Le sable de moulage est soit naturel silico-argileux, soit synthétique, constitué d'un mélange de silice et d'argile à hauteur de 5 à 10 %, humidifié pour former un lait d'argile qui agglomère les grains.
• Le modèle est placé dans un châssis, recouvert de sable de moulage tassé énergiquement à l'aide d'une pillette pour assurer la tenue du moule.
• Le moule est retourné pour extraire le modèle, en protégeant le plan de joint avec un produit isolant comme du talc.
• Le moule est assemblé avec les noyaux et les canaux de coulée, puis l'alliage liquide est versé, solidifié, et la pièce brute est récupérée après destruction du moule.
• 8 Pour cette pièce nous avons besoin d'un noyau réalisé avec une boite à noyau et du sable aggloméré tassé 10 L'alliage liquide est versé dans l'entonnoir du moule, c'est la coulée.

💡 À retenir

Le sable de moulage est soit naturel silico-argileux, soit synthétique, constitué d'un mélange de silice et d'argile à hauteur de 5 à 10 %, humidifié pour former un lait d'argile qui agglomère les grains.

📖 5. Procédés de moulage avec modèle perdu, au sable autodurcissant et Croning

🔑 Notions clés & Définitions

• Moulage au sable autodurcissant : Procédé de moulage utilisant un sable mélangé à des liants chimiques dont le durcissement est obtenu par une réaction chimique au contact de l'outillage, permettant un sable très fluide et un noyau durci avec une grande cohésion.

📝 Points essentiels

• Le procédé à modèle perdu utilise un modèle en polystyrène sublimé lors de la coulée, évitant l'extraction du modèle.
• Le moulage au sable autodurcissant utilise des liants chimiques durcissant à froid ou à chaud, permettant un sable fluide et un noyau cohérent.
• Les noyaux autodurcissants nécessitent un enduit réfractaire et un séchage soigneux avant la coulée.
• Le mélange sable + résine + catalyseur est injecté dans un moule métallique chauffé, durcissant par polymérisation à 200°C pour les noyaux.
• Le sable Croning, mélangé à une résine thermodurcissable et un catalyseur, est utilisé pour la fabrication en série avec des outillages automatiques chauffés.
• Le sable Croning (marque déposée) est un sable mélangé à une résine thermodurcissable et à un catalyseur.
• Un mélange fait de sable + résine + catalyseur est injecté dans un moule métallique chauffé.

💡 À retenir

Les procédés de moulage avec modèle perdu ou sable autodurcissant améliorent la précision et la productivité en utilisant des modèles sublimés ou des sables durcissants adaptés à la production en série.

📖 6. Moulage à la cire perdue : fabrication, cuisson et finition

🔑 Notions clés & Définitions

• Grappe cire : Structure composée de plusieurs modèles en cire assemblés sur un support, formant un ensemble prêt pour l'application de la carapace réfractaire.
• Four de décirage : c) La carapace est engagée dans le four de décirage à 100°C, afin d'évacuer la cire et d'assurer la cuisson pour obtenir une céramique à 950°C.
• Grappe est plongée dans : Barbotines de liant réfractaire, puis saupoudrée de différents sables réfractaires.

📝 Points essentiels

• Les modèles en cire sont fabriqués par injection dans un moule aluminium usiné avec précision.
• Les grappes cire sont enduites de barbotine réfractaire puis saupoudrées de sables réfractaires pour former la carapace.
• La carapace est cuite dans un four à 950°C après décirage à 100°C pour obtenir une coquille céramique solide.
• Après coulée et refroidissement, la grappe est tronçonnée pour séparer les pièces, puis ébavurée pour retrouver le profil exact.
• Les pièces sont contrôlées visuellement, dimensionnellement et géométriquement pour conformité au cahier des charges.
• • Les modèles en polystyrène sont assemblés en grappe.

💡 À retenir

Les modèles en cire sont fabriqués par injection dans un moule aluminium usiné avec précision.

📖 7. Moulage en coquille métallique par gravité et sous pression : principes et étapes

🔑 Notions clés & Définitions

• Système de bridage : Ensemble d'éléments métalliques qui maintiennent et assemblent les chapes du moule pour assurer sa fermeture et sa stabilité pendant la coulée.
• Moulage en coquille par gravité : Procédé de moulage utilisant un moule métallique permanent assemblé et fermé, dans lequel le métal liquide est versé par gravité, suivi de la solidification et du démoulage de la pièce.

📝 Points essentiels

• Le moulage en coquille métallique utilise des moules permanents assemblés et bridés pour la coulée.
• La coulée par gravité consiste à verser le métal liquide dans le moule fermé, suivi de solidification et démoulage.
• La coulée sous pression injecte le métal liquide dans le moule fermé, permettant une meilleure précision et rapidité.
• Après solidification, les broches sont retirées, le moule ouvert et la pièce brute libérée pour ébarbage.
• Le moulage sous pression permet le retour du métal liquide dans le creuset pour recyclage.
• Moulage en coquille par gravité Moulage en coquille sous pression 11 Après solidification et refroidissement de l'alliage, le moule et le noyau sont facilement détruits pour récupérer la pièce brute de coulée.

💡 À retenir

Les deux principaux procédés de moulage en coquille métallique, gravité et sous pression, se distinguent par leurs étapes clés, permettant la production de pièces précises avec une meilleure rentabilité et qualité.

📖 8. Principaux défauts de moulage en fonderie et méthodes de détection

🔑 Notions clés & Définitions

• Reprise de coulée : Défaut visible en surface de la pièce résultant d'une coulée refaite, détectable par inspection visuelle.
• Retassure : Cavité interne formée par une contraction lors de la solidification, nécessitant des méthodes de contrôle spécifiques au-delà de l'inspection visuelle.
• Rides de peau : Défauts visibles en surface sous forme de rides ou stries, détectables à l'œil nu.
• Goutte froide : Défaut de surface caractérisé par une zone anormale liée à une solidification prématurée ou une mauvaise circulation du métal.
• Soufflure : [image]
  Ségrégation :
  [image]

📝 Points essentiels

• Les défauts de surface tels que reprise de coulée, rides de peau et soufflure sont visibles et détectables visuellement.
• Les cavités internes et retassures nécessitent des méthodes de contrôle spécifiques au-delà de l'inspection visuelle.
• La ségrégation est un défaut lié à la composition inhomogène de la pièce après solidification.
• La détection précoce des défauts permet d'améliorer la qualité et réduire les rebuts en fonderie.
• Les principaux défauts de fonderie sont visibles en surface de la pièce et sont facilement détectables.

💡 À retenir

Les défauts de surface tels que reprise de coulée, rides de peau et soufflure sont visibles et détectables visuellement.

📖 9. Influence du type de moule et de la structure métallique sur la qualité des pièces

🔑 Notions clés & Définitions

• Phénomènes de retrait : Contractions du matériau lors du refroidissement qui peuvent provoquer des retassures, des défauts compensés par l'ajout de masselottes près des zones épaisses.
• Observer que la structure métallique : Organisation interne du matériau à l'échelle microscopique, qui diffère selon le type d'alliage, le moule et l'épaisseur, influençant la qualité finale de la pièce.

📝 Points essentiels

• Le type de moule influence la vitesse de refroidissement, impactant la microstructure et les propriétés mécaniques.
• Les phénomènes de retrait peuvent provoquer des retassures, qui peuvent être compensées par l'ajout de masselottes près des zones épaisses.
• La conception des canaux de coulée (entonnoir, évent, descente) est cruciale pour la qualité finale de la pièce.
• Une maîtrise de la structure métallique et des phénomènes thermiques est essentielle pour éviter les défauts internes.

💡 À retenir

Les phénomènes de retrait peuvent provoquer des retassures, qui peuvent être compensées par l'ajout de masselottes près des zones épaisses.

📊 Tableaux de Synthèse

Comparaison des procédés de moulage

Procédé	Mode de moulage	Matériaux principaux	Caractéristiques
Fonderie classique	Moulage en fusion	Acier, aluminium, cuivre, fonte, zinc	Rapide, précis, pièces complexes
Moulage au sable	Sable silico-argileux ou synthétique	Sable, argile, silice	Flexible
Moulage cire perdue	Cire, céramique	Cire, argile	Haute précision, pièces fines, processus long
Coquille métallique	Métal permanent	Métal, alliages	Haute qualité de surface, production en série

⚠️ Pièges & Confusions Fréquentes

1. Confusion entre retrait et contraction lors du refroidissement
2. Mélanger les types de noyaux et leur rôle dans la formation des cavités
3. Confondre les procédés de moulage avec ou sans modèle perdu
4. Oublier l'importance de la préparation du sable dans le moulage au sable
5. Confondre défauts de surface et défauts internes

✅ Checklist Examen

1. Vérifier la compréhension des différents procédés de moulage
2. Savoir identifier les défauts courants en fonderie
3. Connaître l'influence du type de moule sur la qualité des pièces
4. Maîtriser les étapes de fabrication du moulage cire perdue
5. Différencier moulage en coquille et moulage au sable autodurcissant
6. Comprendre le rôle des noyaux et des dépouilles
7. Identifier les matériaux utilisés en fonderie
8. Connaître les phénomènes de retrait et leur compensation