1Fonderie

Prsentation de la ralisationde prformes par moulage.

2Grce ancienne, vers 450 av. J.C.

Travail du fer au Moyen-Age,Angleterre vers 1543

Moulage, autrefois

3Moulage

RRffrences de la prrences de la prsentationsentation

Prcis de fonderie, G. Facy et M. Pompidou, AFNOR, 2 dition ;

ENSAM Angers, laboratoire industriel de fonderie ;

Prof. Timothy Gutowski, http://web.mit.edu/course/2/2.810/ts_temp.

4Mthodes de moulage

Moulage au sableAlliages haut point de

fusion, gomtriescomplexes, tat de surface

rugueux

Moulage de prcisionAlliages haut point de fusion, gomtries complexes, surfaces

de rugosit moyenne

Moulage en coquilleAlliages haut point de fusion,

gomtries moyennementcomplexes, surfaces de faible

rugosit

On sOn sintintressera particuliressera particulirement au premier typerement au premier type

5Moulage en moule permanentMoulage en moule non permanent

TMoulage avec modle partiel (troussage, carcasses et squelettes) ;TMoulage avec modle permanent ;TMoulage avec plaque modle ;TMoulage avec noyaux ;TMoulage par centrifugation ;TMoulage avec insertion ;TMoulage en carapace ;TMoulage en moule cramique ;TMoulage avec modle non permanent ;

TMoulage en coquille par gravit ;TMoulage en coquille sous pression ;TMoulage par centrifugation ;

Les procds de fonderie

6Moulage au sable

Chssis suprieur

Chssis infrieur

Trou de coule

Flasque

Sable

Joint de moulage

Empreinte de moulage

Attaque de coule

Sable

vent

Carotte

Canaldalimentation

Noyau(sable)

Principe de basePrincipe de base

7Chssis suprieur

Chssis infrieur

Flasque

Pice Modle

Sable Noyau

Moulage au sablePrincipe de basePrincipe de base

8Moulage au sableExemples de rExemples de ralisationalisation

9Moulage avec modle partiel

Troussage rectiligne Troussage circulaire

Modle squelette

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Moulage avec modle permanent

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Moulage avec modle permanent

ModModles en bois et en plastiqueles en bois et en plastique

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Moulage avec modle permanentPrototypage rapidePrototypage rapide

Le prototypage rapide permet de crer directement le modle physique partir du modle numrique CAO, sous 24 48 heures.

13

Moulage avec plaque modle

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Moulage avec plaque modle

Le V-process est une technique qui a fait son apparition en 1971 et son dveloppement se poursuit encore aujourdhui.

Le V-process est un procd de moulage sous vide utilisant un film thermoplastique pour donner la forme du modle aux deux parties du moule.

PrincipePrincipe

Les plaques modles et chssis sont des caissons permettant ainsi la mise en dpression de lensemble. Aprs chauffage dun film thermoplastique, celui-ci est dpos sur le caisson modle et vient plaquer parfaitement le modle par une mise en dpression. Le vide tant maintenu sur le modle, on vient positionner le caisson chssis qui sera ultrieurement raccord au systme dprimogne.

VV--processprocess

15

VV--processprocess

Moulage avec plaque modle

Le chssis tant rempli de sable extra-silicieux, on provoque des vibrations pour amliorer la compacitdu moule. Aprs galisation du sable et pose du film plastique (non chauff) sur la partie suprieure du moule, le chssis est mis sous dpression. Pour pratiquer le dmoulage, il suffit de supprimer le vide dans le caisson et dinsuffler la place de l air sous faible pression puis de soulever le chssis. La seconde partie du moule est ralis suivant le mme processus.

Principe Principe suite suite

Pas de prparation (sable sans liant) ; Bonne permabilit du moule ; Hautes prcisions gomtriques et dimensionnelles des pices coules ; Dpouille non ncessaire ; Matriaux de moulage bon march ; Trs bon tat de surface ; Aucune usure des chssis par suite des secousses ou du dcochage.

AvantagesAvantages

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Moulage avec noyaux

17

Moulage par centrifugation

18

Moulage avec insertion

C 45

Ailettes de refroidissementAcier rfractaire

C 25

38 Cr 4

Trou dans une pice difficilement usinable

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Procd CroningMoulage en carapace

20

Moulage en moule cramique

21

Moulage avec modle non permanent

22

Moulage avec modle non permanent

Machine dinjection de cire

23

Moulage avec modle non permanent

Les dbuts du Lost-Foam dans l'industrie remontent aux annes 80. Signifiant "Mousse-Perdue", ce procd est moule et modle destructible. Il est essentiellement utilis dans le domaine de l'automobile car sa rentabilit rside dans la complexit des pices.

ProcProcdd LostLost--FoamFoam

Pice sans plan de joint Moule sans noyau Sable sans liant Possibilit de raliser des pices complexes

AvantagesAvantages

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Moulage avec modle non permanentProcProcdd LostLost--FoamFoam

Fabrication du modle en polystyrne expans et ses accessoires (les accessoires peuvent tre assembls par collage) Application d'un enduit (rfractaire) Disposition du modle dans un bac que l'on remplit de sable Rpartition du sable dans toutes les cavits par vibrations Coule de l'alliage liquide dans le moule ce qui sublime le modle Dcochage par simple vibration ou insufflation d'air

PrincipePrincipe

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Outillage

ChssisChssis

BoBote te noyauxnoyaux

Machine de noyautageMachine de noyautage

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Systme dattaque

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Systme dalimentation

28

Chantier de moulage

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Principaux matriaux de fonderie

Xalliages de zinc ;Xalliages daluminium ;Xalliages de cuivres ;Xfontes et fontes allies.

Principaux alliages de fonderiePrincipaux alliages de fonderie

Principaux sables de fonderiePrincipaux sables de fonderie

Xsables vert ;Xsables prise chimique froid ;XSables pour procd croning.

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Moulage en coquille par gravit

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Moulage en coquille sous pression

Demi-coquille fixeDemi-coquille mobile

jecteur

Cavit

PistonChemise

Remplissage

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La coquilleuse automatique est un systme appartenant la catgorie du moulage en moules permanents. La seule diffrence avec la coule en coquille traditionnelle est lautomatisation de certaines tapes de coule.

Coquilleuse automatique

Fermeture et verrouillage de la coquille ; Coule par basculement ;Dmoulage des broches et des tiroirs ;Ouverture du moule ;jection de la pice.

PrincipePrincipe

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Coule continue

Cette technique, dj utilise en sidrurgie pour obtenir des produits longs, permet la ralisation de profils de sections pleines ou creuses de forme trs varie.Lalliage en fusion contenu dans un four est admis, par gravit, dans une filire ou unecoquille refroidie. A la sortie, une couche solidifie assure la tenue de lensemble, jusqu la fin de la solidification.Une installation comprend : un four de maintien, un moule mtallique refroidi, un systmede maintien et de traction du profil.

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Fusion des matriaux

Four Four inductioninduction

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Simulation numrique

La simulation numrique permet de modliser le comportement du matriau mtallique coul dans un moule ds les premiers instants du remplissage et ceci jusqu la fin du refroidissement du solide dans son empreinte. Avec laide des logiciels de simulation numrique, en peut observer les anomalies dengorgement, les tourbillons, les problmes de refroidissement, les problmes de vitesse

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Simulation numrique

Dfinition de la gomtrie laide dun logiciel de CAO ; Maillage spatial de la gomtrie prcdente qui sera ainsi dcoupe en lments simples ; Discrtisation temporelle qui, pour obtenir des rsultats fiables, devra tre la plus fine possible au dtriment du temps de calcul ; Mise en place des conditions initiales ( temprature, vitesse, pression mtallostatique) ; Mise en place des condition aux limites (conditions de flux ou de temprature imposes aux frontires extrieures) ; Donnes thermophysiques (conductivit thermique, capacit thermique, masse volumique, enthalpie massique de solidification pour lalliage coul).

Mise en Mise en uvre duvre dune simulationune simulation

Temprature en tout point du maillage ; Vitesse en tout point du fluide ; Pression en tout point de lempreinte ; Zones contenant un pourcentage donn de solide ou de liquide.

rrsultats physiquessultats physiquesrrsultats nsultats ncessitant cessitant

une interprune interprtationtation

Dfauts dcoulement, turbulences, emprisonnement dair ; Dfauts de retassure.

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ContrlesLes moules et les noyaux doivent rsister aux diverses sollicitations (mcaniques, thermiques, chimiques) durant le processus dlaboration ainsi que lors de la coule et de la solidification. En revanche, durant le refroidissement et jusquau dcochage, la dcohsion des matriaux de moulage est recherche afin dviter les contraintes internes dans la pice moule et faciliter son extraction.

Diffrents contrles permettent la mesure des caractristiques des matriaux.

Contrle des sablesContrle des sables

cohsion

permabilit

granulomtrieLa cohsion dun sable de fonderie est mesure par des essais de compression, flexion, traction, cisaillement sur des prouvettes normalises.

Les lments d'un moule de fonderie doivent tre permables aux gaz.

Cette mesure permet de calculer un indice de finesse du sable utilis ainsi que d'tablir on talement granulomtrique.La granulomtrie d'un sable se choisit en fonction de l'alliage coul, de la permabilit recherche, de l'tat de surface souhait, etc.

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Contrles Contrle des piContrle des picescesPermet de contrler les dfauts dbouchant en surface. Un liquide tensio-actif color est appliqu en surface dune pice et aprs essuyage de cette surface, les dfauts constituent des rserves de liquide qui, par rvlation la lumire blanche ou ultra-violette, deviennent dtectable lil.

Contrle par ressuage

Contrle par ultrasons

Contrle par induction

Le sondage est effectu par un faisceau dultrasons mis dun palpeur en contact avec la pice contrler qui, aprs rflexion sur les dfauts rencontrs et les parois de la pice, est reu par un palpeur de rception (le mme palpeur peut servir lmission et la rception).

Mthode comparative base sur les courants de Foucault pour dceler les criques. La pice contrler passe dans laxe dun solnode, crant un champ d'induction. La pice est alors le sige de courants lectriques crant leur tour un champ induit, ragissant sur le circuit primaire. Aprs talonnage de lappareil, on dclera les pices produisant un flux diffrent de la pice talon.

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Proprits et dfauts de fonderie

Coulabilit (aptitude remplir le moule) ; Retrait de lalliage ltat liquide ; Retrait de lalliage ltat solide ;

Retassure (cavit forme durant la phase de solidification due au retrait du mtal ) ; Crique (fissures produites par le dchirement du mtal au cours du refroidissement) ; Soufflure (trous forms par des bulles de gaz libr par le mtal au cours de sa solidification) ; Sgrgation (htrognit chimique se produisant la solidification) ; Contraintes rsiduelles (retrait et anisotropie crent des contraintes internes).

PropriPropritts s prendre en compteprendre en compte

Principaux dPrincipaux dfautsfauts

Retassure sur lhlice du PAN Charles De Gaulle

40

Proprits de fonderie

0,5 3Fontes GL4,5Cu-Sn

7 10Aciers allis3,5 5Al-Si

5 6Zn4Mg

3 6Fontes GS6,5Cu-Zn

5 7Aciers non allis7 8Al-Cu

Retrait (%)AlliageRetrait (%)Alliage

Retrait des alliagesRetrait des alliages

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Structures mtalliquesTrois structures obtenues par moulage dans un moule carrTrois structures obtenues par moulage dans un moule carr

(a) Mtal pur ;(b) Alliage en solution solide ;(c) Structure obtenue en ajoutant

des agents de nuclation.

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Transferts thermiques

=

dTq kdx

Conduction en rConduction en rgime permanentgime permanent

Loi de Fourier unidirectionnelle

Cuivre 394

Aluminum 222

Fer 29

Sable 0.61

Valeurs de k (W/m K)

=

2

2

T k Tt c x

quation diffrentielle unidirectionnelle

Chaleur ncessaire pour solidifier une longueur s

=

= = 0xds dq TH kdt dt x

Solution de lquation conduisant la loi de Chvorinov

=

n

sVtA

=

VsA

Volume solidifier

Aire enveloppe de V= 1,5 2n

constante temps de solidificationst

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Transferts thermiques

2

sVtA

sable solide liquide

T0

TM

xs

Profil approximatif de la solidification dun mtal pur vers son point de fusion sur la paroi lisse dun moule en sable.

Moulage au sableMoulage au sable

Temps de la solidificationLoi de Chvorinov

ts : temps de solidification ;V : volume du bloc ;A : aire du bloc.

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sVtA

Profil approximatif de la solidification dun mtal pur vers son point de fusion sur la paroi lisse dun moule mtallique.

Moulage en coquilleMoulage en coquille

Transferts thermiques

moule solide liquide

T0

TM

xs

Temps de la solidificationLoi de Chvorinov

ts : temps de solidification ;V : volume du bloc ;A : aire du bloc.

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Trac des pices moules

46

Trac des pices moules

47

Trac des pices moules

48

Trac des pices moules

49

Trac des pices moules

50

Trac des pices moules

51

Trac des pices moules

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Trac des moules

Poulie Poulie fabriquerfabriquer

PiPice ce obtenir au moulageobtenir au moulage

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Trac des moules

ModModle en deux parties rle en deux parties ralisalis par le modeleurpar le modeleur

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Trac des moules

Chssis supChssis suprieurrieur

Chssis infChssis infrieurrieur

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Trac des moules

ChssisChssis

NoyauNoyau

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Trac des moules

Moule prt Moule prt tre coultre coul

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Trac des moules

Proposer un trac de moulage de la pice ci-contre comprenant :

3 le trac du moule ;3 la position de la surface de joint ;3 le trac des (ventuels) noyaux ;3 le trac des surpaisseurs dusinage ;3 le systme de coule et les vents.

Remarque : toutes les surfaces planes sont fonctionnelles.

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Trac des moules