Projets OPM FONDERIE

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1 Projets OPM FONDERIE Mai 2016 Juin 2016 Durée : 30 heures Exposés : 20 minutes par groupe CR : 16 Juin 2016 Objectifs généraux Mener à terme une étude, dans le domaine de la fabrication, aussi bien au point de vue de ses aspects techniques, scientifiques qu organisationnels et économiques. Il vous sera demandé d analyser très rapidement le sujet, de présenter à votre encadrant les objectifs à court terme, de décider d'un planning d activité et de mener à bien le projet proposé. On trouvera les fichiers relatifs aux travaux précédents (quand ils existent) à l'adresse suivante : \\ensam\angers\pedagogie\m2p\fonderie\cr_projets_ensam\projets-2eannée_opm Les sources des travaux réalisés les années précédentes se trouvent toutes à cette adresse. Durant le projet, il vous sera demandé de déposer l ensemble des fichiers de travail sur la zone d échange fonderie, dont le lien est fourni ci-dessous : \\ensam\angers\pedagogie\m2p\fonderie\echange\5- Projet OPM Semestre Un compte rendu d activité clôturera ce travail. Il devra permettre au lecteur de comprendre la ou les problématiques associées à vos travaux, et la ou les méthodes mises en place pour les résoudre. Les expérimentations effectuées devront y être rigoureusement consignées, tout comme les problèmes rencontrés et les actions correctives mises en place. Votre démarche de travail devra être clairement identifiable. Les perspectives à court terme de vos travaux devront être énoncées. C est pour toutes ces raisons qu il devra être complet et rédigé avec le maximum de sérieux car il sera la seule trace objective de votre travail. Document à rendre pour Juin 2016 (une date plus précise vous sera communiquée en temps voulu en fonction de la programmation des dernières séances d OPM). Enfin, vous pourrez justifier votre démarche et vos choix lors d un exposé qui aura lieu le 10 Juin 2016 (dernières séances d OPM). Le compte rendu devra être remis sous sa forme numérique native, modifiable aisément (fichier Word du rapport et fichiers numériques créés lors de ce projet). Les fichiers numériques du rapport et de l'exposé seront à déposer sur : \\ensam\angers\pedagogie\m2p\fonderie\echange\5- Projet OPM Semestre Ce dépôt sera accompagné d'un mail d'avertissement à la personne encadrant votre projet (J. Artozoul, A. Boudelier, N. Hueber). -1-

2 Etudes proposées Sujet 1 AFS - Métallurgie 3 étudiants Sujet 2 AFS - Thermique 3 étudiants Sujet 3 MoNArchies - Caractérisation sable 3 étudiants Sujet 4 Conception coquille Saint-Cécile 3 étudiants Sujet 5 Trophée cire perdue - Mondial Tatouage 3 étudiants Sujet 6 Pommeaux d épées d apparat 3 étudiants Sujet 7 Dames de nage Cire perdue 3 étudiants Sujet 8 Matrice d emboutissage en fonte GS 3 étudiants -2-

3 G1- Sujet fonderie N 1 J. Artozoul & A. Boudelier & G. Fruchaud 3 étudiants AFS-Métallurgie La société AFS (Advanced Foundry Service) de Sedan est spécialisée dans la fabrication de cylindre de laminoir. La production est réalisée par centrifugation verticale dans un moule métallique permettant de réaliser des produits composites. Cette technique permet de réaliser, dans un même moule, des pièces en alliages composites centrifugées en couches successives. La couche précédente solidifiée sert alors de moule pour la suivante et chaque alliage est employé alors spécifiquement en fonction de ses propriétés. C'est le cas pour la production des cylindres de laminoir en acier et en fonte. Les cylindres comportent une partie centrale et deux tourillons d'extrémité qui sont soumis à des contraintes totalement différentes : grande dureté et résistance à l'usure pour la table, ténacité, ductilité et résistance au choc pour les tourillons. La centrifugation se fait dans une coquille à axe vertical, à une fréquence de rotation de l'ordre de 600 tr/min. Dans cette coquille, on a remmoulé en partie supérieure et inférieure des embouts en sable pour le moulage des tourillons. On coule en chute dans cette coquille une quantité bien précise de métal primaire qui, sous l'action de la force centrifuge, se colle contre la paroi interne de la coquille. Lorsque cette couche est solidifiée, on vient couler le métal secondaire qui remplit le cœur et les tourillons. L objectif de ce projet est de réfléchir à la problématique métallurgique rencontrée par AFS et aux outils à développer pour les investiguer. Plusieurs axes d études seront abordés : élaboration des aciers, capabilité des moyens de fusions, développement d outillage à cinétique contrôlée, observation d interface composite acier-fontes. Les tâches identifiées sur ce projet sont, à titre d exemple : Identification des moyens à disposition Mise au point d un protocole d essai Fusion pour valider la répétabilité du process en fonction des quantités Essai de fusion des matériaux en stock Définition des rendements des matériaux d apport Essais métallurgiques Élaboration de nouveaux matériaux Partenaire industriel : ce projet s inscrit dans le cadre du projet «Cylindre de LAminoir du Futur» (CYLAF), porté par la fonderie AFS (Advanced Foundry Service) de Sedan. -3-

4 G2- Sujet fonderie N 2 J. Artozoul & A. Boudelier & G. Fruchaud 3 étudiants AFS-Thermique La société AFS (Advanced Foundry Service) de Sedan est spécialisée dans la fabrication de cylindre de laminoir. La production est réalisée par centrifugation verticale dans un moule métallique permettant de réaliser des produits composites. Cette technique permet de réaliser, dans un même moule, des pièces en alliages composites centrifugées en couches successives. La couche précédente solidifiée sert alors de moule pour la suivante et chaque alliage est employé alors spécifiquement en fonction de ses propriétés. C'est le cas pour la production des cylindres de laminoir en acier et en fonte. Les cylindres comportent une partie centrale et deux tourillons d'extrémité qui sont soumis à des contraintes totalement différentes : grande dureté et résistance à l'usure pour la table, ténacité, ductilité et résistance au choc pour les tourillons. La centrifugation se fait dans une coquille à axe vertical, à une fréquence de rotation de l'ordre de 600 tr/min. Dans cette coquille, on a remmoulé en partie supérieure et inférieure des embouts en sable pour le moulage des tourillons. On coule en chute dans cette coquille une quantité bien précise de métal primaire qui, sous l'action de la force centrifuge, se colle contre la paroi interne de la coquille. Lorsque cette couche est solidifiée, on vient couler le métal secondaire qui remplit le cœur et les tourillons. La spécificité de cette opération associée aux grandes dimensions des pièces engendre un fort gradient thermique dans le cylindre, et donc une évolution microstructurale importante. L objectif de cette étude est de pouvoir être capable, à plus petite échelle, de reproduire la solidification de la couche extérieure de l alliage, appelée table. Pour cela différents points seront abordés : Simulation d un cylindre à échelle 1 Simulation d une coquille en acier représentative Simulation de l impact de la température initiale ou de l utilisation de cartouches chauffantes. Essai pour recalage de la simulation Développement d un protocole de coulée Partenaire industriel : ce projet s inscrit dans le cadre du projet «Cylindre de LAminoir du Futur» (CYLAF), porté par la fonderie AFS (Advanced Foundry Service) de Sedan. -4-

5 G3- Sujet fonderie N 3 J. Artozoul & A. Boudelier & G. Fruchaud 3 étudiants Fabrication additive sable : étude des caractéristiques des sables L utilisation des procédés innovants tels que les procédés de fabrication additive, au cœur de la chaîne numérique, apporte de nouvelles possibilités tout à fait uniques en terme de diversité de formes et de propriétés, tant des matériaux que des objets fabriqués. Tous les secteurs d'activités s'intéressent à la fabrication additive pour innover dans de nouveaux produits (multifonctions), de nouveaux concepts économiques (de l'objet unique à la production de masse personnalisée) et de nouveaux enjeux environnementaux (écotechnologie). Le procédé étudié dans ce projet consiste à réaliser une coulée de métal dans un moule réalisé par fabrication additive sable : la cohésion du sable est alors assurée par un liant organique (résine phénolique, résine furanique ) ou inorganique. Les images suivantes montrent respectivement une machine de fabrication additive sable en train de construire des moules (à gauche) et un exemple d outillages pouvant être obtenus grâce à cette technologie (à droite). La fabrication de pièces issues de ce processus de fabrication a d ores et déjà montré que la production de gaz, issus de la décomposition thermo-chimique des noyaux durant la phase de coulée, était plus conséquente que celui obtenu par les procédés traditionnels. Le risque encouru concerne la santé des pièces moulées, avec l apparition potentielle de micro ou de macro-défauts (piqûres, soufflures), entachant notablement les caractéristiques physiques et mécaniques des produits fabriqués. Néanmoins, ces technologies permettent la fabrication de noyaux architecturés, et donc évides, ce qui limite d une part, la quantité de gaz générée, et d autre part, facilite son évacuation. La tenue mécanique et thermique de ces nouveaux noyaux, caractéristiques primordiales pour l obtention d une pièce conforme au cahier des charges, se trouve impactée par ces modifications. Il en est de même pour la vitesse de refroidissement des pièces moulées à partir de ces moules et noyaux évidés. Actuellement, aucune règle de conception intégrant l impact de l évolution de ces noyaux n est établi. Il est donc important d identifier d une part, la tenue de ces noyaux sous : sollicitations mécaniques (en raison du retrait à l état solide lors de la phase de solidification) sollicitations thermiques (dégradation du liant) et d autre part, l impact de ces nouvelles architectures sur la cinétique de refroidissement des moules et des pièces (caractérisation thermique des sables). L objectif de cette étude est de mener de front des travaux expérimentaux et de simulation permettant de lever les verrous technologiques associés à cette nouvelle technologie d obtention de moules et de noyaux. Projet concerné : ce projet s inscrit dans le cadre de l ANR MONARCHIES : MOules et Noyaux ARCHitecturés par ImprEssion 3D Sable dont le LAMPA est partie prenante. Une ANR est une un projet de recherche scientifique ou technologique compétitifs supporté par l Agence Nationale de la Recherche. Partenaires : deux étudiants en PJM, 4 fonderies (Fonderie Rocroyenne, Fonderie Brousseval et Montreuil, Fonderies Vignon, Fonte Ardennaise). -5-

6 G4- Sujet fonderie N 4 J. Artozoul & A. Boudelier & G. Fruchaud 3 étudiants Conception d une coquille pour la Sainte-Cécile Chaque année, les étudiants font appel au laboratoire de fonderie pour la réalisation de pièces pour la Sainte- Cécile. Ces demandes sont souvent tardives pour pouvoir concevoir des solutions adaptées à la série de pièces à réaliser. L objectif est de réaliser un outillage permanent plus apte à la réalisation de nombreuses pièces. En s appuyant sur les bonnes pratiques vues, entre autres, en première année, l outillage permettra la coulée en coquille d une petite série de pièces conçues par les élèves pour représenter leur savoir-faire lors de la Sainte-Cécile. Dans cet objectif, les différentes étapes du projet pourront être les suivantes : Définition numérique de la pièce à mouler Tracé du brut de fonderie pour le procédé coquille coulée gravité Étude de moulage (dimensionnement du système de masselottage et du système de remplissage) Proposition d une pré-conception d outillages (géométrie et matériaux) Simulation numérique des phases de remplissage et de solidification de la grappe pour identifier les éventuels problèmes de conception (grappe et outillages) Validation de la solution Fabrication des outillages Coulée de pièces prototypes Mise au point des outillages -6-

7 G5- Sujet fonderie N 5 J. Artozoul & A. Boudelier & G. Fruchaud 3 étudiants Trophées pour le Mondial du Tatouage 2017 Le projet consiste à réaliser un trophée ayant pour élément principal une main humaine à l échelle 1 en alliage d aluminium. Moulée par un procédé de fonderie cire perdue, cette main sera ensuite polie miroir et gravée par l entreprise cliente du projet : «Stick your cycle», dans le même style que les pièces présentées ci-dessous (à gauche). Elle sera ensuite fixée sur un socle, comme l illustre l aperçu 3D schématique du futur trophée (à droite). L objectif du projet consiste à définir et à mettre en place un processus de fabrication adapté aux spécifications de réalisation d une pièce d arts en procédé cire perdue : fabrication des outillages, définition des paramètres opératoires, coulée de pièces prototype en fonderie cire perdue Deux projets ont déjà commencé à travailler sur ce trophée. Afin de finaliser ces travaux, les étapes suivantes devront être effectuées : Reprise des travaux précédents Test du dernier outillage en silicone Fiabilisation du processus en vue de la réalisation d une petite série de mains Mise en place d un protocole pour la réalisation d un bras Coulée des pièces Entreprise cliente : «Stick your cycle» Infos disponibles sur le site officiel de l événement : -7-

8 G6- Sujet fonderie N 6 N. Hueber & G. Fruchaud 3 étudiants Fabrication de pommeaux d épées d apparat (IMI) Nous voudrions fabriquer des copies exactes (avec le soutien de l auteur) des pommeaux d épée pour faire des copies des épées d apparat pour les élèves ingénieur IMI. Nous avons récupéré les dessins des pièces, et disposons de modèles de référence. Il s agit de mettre au point la fabrication des pièces, leurs montages, avec a priori de la fonderie cire perdue. Il faudra optimiser la gamme de fabrication en utilisant la fabrication additive pour la réalisation des outillages. L analyse des coûts de production devra être prise en compte pour sortir un produit de qualité à un prix attractif. Canevas du travail : Analyse et démontage Estimations des coûts de production (devis) Relevés de côtes, analyse fonctionnelle, numérisation 3D (FARO LaserArm) Reconception sous CATIA des pièces (utilisation de la numérisation 3D) Recherche de solutions pour la fabrication des bruts de fonderie (petite série) Etude de moulage, SdM et SdR. Simulation numérique de la solution retenue pour contrôle Fabrication des outillages Coulée, finitions et usinage, montage. G7- Sujet fonderie N 7 N. Hueber & G. Fruchaud 3 étudiants Coulée de dames de nage d un bateau de collection par cire perdue Dans le cadre de la restauration d un bateau ancien, le club d aviron d Angers nous demande de reproduire le plus fidèlement possible un jeu complet des dames de nage (passage des avirons, relié à la coque). Il faudra donc dans un premier temps démonter l original qui nous a été confié sans laisser de traces et de façon réversible, cela afin d établir la CAO complète du mécanisme. Identification des pièces devant être usinées et/ou moulées puis usinées, établissement de la liasse des plans cotés et tolérancés pour la fabrication à l identique du jeu de droite et de gauche des dames de nage. Puis établir les gammes de fabrications incluant les études de moulage des pièces de fonderie et celles d usinages. L objectif étant de fournir à l issu du projet deux mécanismes fonctionnels. Canevas du travail : Analyse et démontage Estimations des coûts de production (devis pour le Club) Relevés de côtes, analyse fonctionnelle, Reconception sous CATIA des pièces (utilisation de la numérisation 3D) Recherche de solutions pour la fabrication des bruts de fonderie (petite série) Alliage : élaboration du bronze. Etude de moulage, SdM et SdR. Simulation numérique de la solution retenue pour contrôle Fabrication des outillages Coulée, finitions et usinage, montage. -8-

9 G8- Sujet fonderie N 8 N. Hueber & A. Boudelier & G. Fruchaud 3 étudiants Fabrication d une matrice d emboutissage en fonte GS Nous travaillons pour le musée des Arts et Métiers à Paris pour la restauration et/ou la fabrication de copies d œuvres du musée. L an dernier, un groupe d étudiants en PJE a préparé le terrain en vue de la fabrication d une (ou plusieurs) copie(s) du pendule de Foucault (Panthéon Paris, 1851). Nous proposons de fabriquer la sphère de laiton en deux demi-sphères soudées. Pour cela nous devons fabriquer les outillages d emboutissage pour la presse de 100(t) du centre : une matrice et un poinçon ( 180mm). Le poinçon sera simplement tourné en commande numérique à partir d une barre en acier, par contre la matrice sort des possibilités d usinage pour le brut. Travail demandé : Analyse critique de la conception et vérifications de l outillage (Catia), étude de la gamme d usinage de la matrice, capacité d usinages, tracé du brut pour une fabrication unitaire, en fonte GS, choix de la nuance de la fonte GS, structure, propriétés mécaniques, contrôle de la tenue en service de la matrice sous 100(t) pour une éventuelle série de 10 à 20 pièces, voire plus, choix du matériau pour la fabrication des moules (rigidité, santé de la pièce), étude de moulage pour la conception et la fabrication des outillages en modelage conventionnel ou par prototypage rapide (ZCorp), fabrication des outillages, et du moule, élaboration de la fonte GS choisie, éventuellement vérification de la structure et des performances sur éprouvettes avant coulée du moule, dégrappage, ébarbage, usinages, montage, essais d emboutissage (plaque Cu-Zn16% de 4mm). -9-