Cours D_Élaboration Des Pièces Brutes (Moulage)

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Cours D_laboration Des Pices Brutes (Moulage)

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Procds de moulage

Introduction

Le moulage est un procd d'obtention de pices brutes qui consiste couler par gravit ou sous pression, du mtal fondu, obtenu par chauffage dans un four, dans un moule prsentant une empreinte. Aprs solidification et refroidissement de l'alliage, on obtient les formes et les dimensions de la pice souhaites.

Donnes conomiques

Les dernires statistiques datent de 2001. On constate que la France se classe au 7me rang mondial et au 2me rang europen des producteurs de pices moules.

Confrontes la monte en puissance des productions asiatiques et la stagnation du march europen, les chiffres de production baissent rgulirement depuis 2000 (environ 2% par an). Toutefois la balance commerciale (diffrence entre importations et exportations) reste excdentaire d'environ 600 M mais subit une baisse de 5%. En effet la plupart des biens exports (voitures, avions, ...) comportent des pices de fonderie.

La fabrication sur catalogue, aussi appele fonderie sur album, reprsente les pices standards qui peuvent tre fabriques : radiateurs, plaques d'gout ... En 2002 cette production reprsentait environ 800 000 tonnes dont 700 000 pour la fonderie de btiment seule.

On constate que tous les secteurs sont clients. La majeure partie des fabrications, quelque soit l'alliage tant destine au secteur automobile.

En dcembre 2002, il restait 525 fonderies actives en France soit une baisse de 7% par rapport 2001.Parmis ces fonderies, il y a 143 fonderies de moins de 10 salaris. Le rythme des fermetures s'est acclr suite aux difficults rencontres dans ce secteur.

Mtaux et alliages fusibles usuels

On constate que la plupart des mtaux connus sont employs. Ce qui va limiter leur utilisation c'est, en premier lieu, leur temprature de fusion qui conditionne les moyens mis en oeuvre pour faire fondre la matire et la capacit des moules a rsister cette chaleur lors de la coule. Nous verrons tout cela plus en dtail lors de l'tude des modes de moulage.

Les entreprises qui ralisent les oprations de fonderie sont spcialises car le matriel est couteux. On distinguera alors les entreprises de fonderie de fonte et aciers, matriaux cuivreux, alliages d'aluminium, alliages de zinc.

Vocabulaire technique utilis en fonderie

Modle : Objet destin tre reproduit. Il est l'uvre du modeleur.

Moule : Corps suffisamment solide et faonn pour recevoir un mtal ou un alliage en fusion (fonderie en moule permanent).

Chssis : Cadre en mtal destin maintenir le sable comprim autour du modle (fonderie en moule non permanent).

Dpouille : Elle est prvue sur le modle afin de l'extraire sans provoquer l'effritement du sable lors de sa sortie.

Masselotte : Excdent de matire qui permet de dplacer la retassure hors de la pice.

Retassure : Principal dfaut de fonderie dont la cause est due la contraction de l'alliage lors de sa solidification.

Joint de moule (plan de joint) : Sparation entre les chssis. Une pice peut tre ralise avec plusieurs chssis donc plusieurs plans de joint.

Noyau : Ralis en sable, il permet d'obtenir les formes intrieures. Il est ralis dans une boite noyau (fonderie en moule non permanent).

Event : Canal destin faciliter l'chappement des gaz forms au moment ou le mtal chaud entre en contact avec la surface de l'empreinte (en incluant l'air prsent dans le moule).

Dcochage : Opration qui consiste librer la pice du moule lorsque le mtal est solidifi.

Ebarbage : Opration qui permet d'enlever les diffrentes parties superflues (canaux d'alimentation, masselottes, vents ...) pour obtenir la pice brute.

Chape : Tout chssis intermdiaire entre le chssis suprieur et le chssis infrieur.

Types de moulage

Moule non permanent : Le procd le plus classique : moulage en sable convient particulirement pour les mtaux avec un haut point de fusion (acier, fonte). Trs utilis pour les grosses pices. Permet la production de petite srie (unitaire pour moulage au trousseau) jusqu'aux grandes sries (plaque modle mtallique).

Modle non permanent : On ralise une rplique de la pice fabriquer dans un matriau facile liminer par fusion (cire), combustion (rsine), gazification (polystyrne). On revt cette pice d'un enduit rfractaire (qui conserve sa forme sous l'action de la chaleur). On complte le chssis avec du sable. Le procd est couteux mais c'est celui qui permet d'obtenir le meilleur tat de surface.

Moule permanent : Le moulage en coquille s'apparente au moulage des matires plastiques. Il est surtout utilis pour les matriaux dont le point de fusion est infrieur 900C (alliage d'aluminium, de zinc, de cuivre, plastique). Le prix du moule raliser tant lev, il faut produire de moyennes ou grandes sries. On distingue deux procds principaux : le moulage par gravit et le moulage sous pression.

Traitement thermique des pices moules

Diffrents traitements thermiques peuvent tre effectus sur les pices obtenues par moulage. Le traitement appropri est fonction du matriau constitutif et la pice et de son utilisation.

Modifications recherches

On peut modifier les caractristiques suivantes :

structurale : forme et dimension, rpartition des constituants sans changer leur nature.

Teneur d'lment d'un alliage.

Duret superficielle.

Contraintes internes.

Traitements appliqus

Stabilisation

Principe :

Modification en intensit et en rpartition des contraintes internes de la pice, nes de l'anisothermie du refroidissement, sans modifier la nature des constituants : recherche d'un tat physico-chimique stable du matriau qui entraine une stabilit gomtrique et structurale.

Matriaux traits :

Aciers : pices soumises de fortes sollicitations (engrenages ...) ou des chocs thermiques (moteurs explosion, outils ...)

Fontes : pices volumineuses devant avoir une grande stabilit l'usage (lments de machine ...)

Alliages d'aluminium : pices devant tre usines (impossibles durcir), utilises dans des conditions svres (piston de moteur explosion ...).

Alliages de magnsium : pice devant tre usine.

Traitement effectu :

Aciers, fontes : chauffe jusqu' 300C mini puis maintien en temprature (12 24h) puis refroidissement lent.

Alliages d'aluminium : chauffe entre 150 et 350C puis maitien en temprature entre 2 et 12h selon les dimensions de la pice puis refroidissement lent.

Alliages de magnsium : chauffe de la pice 250Cpuis maintien en temprature 15 20h puis refroidissement lent.

Recuit de normalisation

Principe :

Homognisation des structures perlitiques des aciers et des fontes. On cherche homogniser la duret.

Matriaux traits :

Aciers non allis ou faiblement allis : recherche d'une structure de perlite fine.

Acier faible teneur en carbone : recherche d'une structure martensitique ou bainitique.

Fonte : rduction de la ferrite libre.

Traitement effectu :

Chauffe de la pice entre 900C et 1050C durant 1 3h puis refroidissement l'air calme.

Durcissement (trempe et revenu)

Principe :

Augmentation de la duret, de la rsistance la rupture, et en particulier de la limite lastique.

Matriaux traits :

Aluminium et alliages

Traitement effectu :

Homognisation, trempe et durcissement du matriau : chauffe de la pice entre 450 et 600C, durant plusieurs heures (6 15h); trempe par refroidissement rapide produisant une solution solide mais instable;

puis revenu : maintien de la pice environ 200C durant plusieurs heures 5 15h : durcissement structurel.

Mallabilisation

Principe :

Faciliter un usinage extrieur.

Matriaux traits :

Selon le traitement appliqu, la fonte mallabilis sera cur blanc, cur noir (graphite nodulaire ferritique), graphite nodulaire perlitique.

Aluminium et alliages

Traitement effectu :

Fonte cur blanc :

Obtenue en dcarburant le matriau, par chauffe de la pice 1 000C, en atmosphre contrle d'oxyde de carbone, durant 50 100h; refroidissement trs lent (10C par heure) jusqu' 650C et refroidissement final plus rapide (30C par heure)

Fonte cur noir :

Obtenue en graphitisant le matriau (le carbone prcipite l'tat de graphite) par chauffe de 800 900C durant 10 20h; refroidissement trs lent (3C par heure) jusqu' 650C puis refroidissement rapide.

Fonte graphite nodulaire perlitique :

Obtenue par une double trempe et un revenu de la pice : chauffe 1 000C pendant 10 15h et trempe l'air puis chauffe 800C durant 3 4h et trempe l'huile; revenu 650C.

Conception des pices moules

Introduction

La qualit de la pice obtenue dpend plus du soin pris par le concepteur dans son trac que de la dextrit du mouleur. Une mauvaise conception entrainera dans le meilleur des cas un surcout pour la fabrication ou une modification ultrieure de la pice mouler. Dans le pire des cas, cela entrainera un refroidissement irrgulier qui cr des contraintes internes et peut amener la rupture de la pice lors du refroidissement ou en fonctionnement. Il faut donc respecter les quelques rgles ci-dessous lors de la conception.

Poids des pices

Le poids de la pice que l'on va pouvoir raliser dpend de la technique de moulage, notamment moule permanent ou non, et aussi de l'alliage. Le tableau ci-contre donne un ordre de grandeur pour un couple {technique de moulage alliage}. On constate que les possibilits s'talent de quelques grammes plusieurs tonnes.

Epaisseur des pices

On conditionne les dimension