GM-3-PROFA-S2. Procédés de fabrication bases pour la conception

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Thomas Ricard
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1 GM-3-PROFA-S2 Procédés de fabrication bases pour la conception

2 Procédés de fonderie moulages

3 Mise en forme, lois de comportement Température de fusion θ[k] 0.15Tf [K] 0.3Tf [K] 0.5Tf [K] Tf [K] Mise en forme à froid Plas7cité σ eq = f ε eq Mise en forme à chaud Viscoplas7cité ( ) σ eq = f ( ε eq,!ε eq,θ ) Fluide Newtonien σ eq = f (!ε eq ) Swift : ( ) n σ eq = k ε 0 +ε eq Norton Hoff généralisé Norton Hoff ( ) σ eq =σ 1 ε 0 +ε eq σ m eq =σ 1!ε eq ( ) n!ε eq m e β θ θ 0 Newton : σ eq = K!ε eq n : coefficient d écrouissage (n<1, îavec θ) m : indice de viscosité (m<1, ìavec θ) β : coefficient de thermodépendance

4 Mise en forme, lois de comportement Température de fusion θ[k] 0.15Tf [K] 0.3Tf [K] 0.5Tf [K] Tf [K] Newton : σ eq = K!ε eq Matériau Tf Al 2xxx 635 C Bronze 870 C Fonte eutec7que 1150 C Acier C C Inconel 1350 C TA6V 1650 C

5 La fonderie, un sujet vaste Article M3500 Industrie de la fonderie Article M3505 La fonderie française - Données économiques Article M3510 Techniques de fabrication - Généralités Article M3512 Moulage Noyautage Article M3520 Métallurgie des alliages de fonderie Article M3525 Parachèvement. Finition Article M3530 Contrôle. Qualité Article M3535 Outillages de fonderie Article M3540 Spécification des pièces de fonderie. Normalisation. Ingénierie Article M3550 Apports de la tomographie en fonderie 5

6 Très vaste Article M3602 Moyens de fusion des fontes - Les cubilots Article M3603 Fours à induction à creuset pour la fusion des métaux ferreux et non ferreux Article M3605 Réfractaires pour la fonderie Article M3610 Garnissage réfractaire des fours de fusion pour la fonte Article M3612 Garnissage réfractaire des fours de maintien à induction pour la fonderie Article M3613 Poche de coulée et de transfert - Revêtement réfractaire et aspects thermiques Article M3614 Fontes à graphite lamellaire - Caractéristiques métallurgiques et mécaniques Article M3615 Élaboration des fontes Article M3616 Fontes à graphite sphéroïdal Article M3619 Fontes à graphite vermiculaire (GV) Article M3620 Fonderie et moulage de l acier - Généralités Article M3622 Fonderie et moulage de l acier - Évolution des procédés d élaboration Article M3623 Élaboration de l acier moulé - Fours de fusion Article M3624 Élaboration de l acier moulé - Analyse des processus métallurgiques Article M3625 Fonderie et moulage de l acier. Métallurgie secondaire Article M3626 Fonderie et moulage de l acier - Cas pratiques 6

7 Très très vaste Article M3630 Fonderie d'acier. Moulage des grosses pièces Article M3631 Fonderie d'acier. Coulée des grosses pièces Article M800 Fonderie et moulage des alliages de cuivre Article M3635 Fusion des alliages d aluminium Article M3636 Moulage des alliages d aluminium - Sable, moulage de précision et procédés apparentés Article M3637 Moulage des alliages d aluminium - Moules permanents : coquille, sous pression et apparentés Article M3638 Fonderie d aluminium : défauts et conception des pièces Article M4675 Propriétés des alliages d aluminium de fonderie Article M3640 Fonderie et moulage des alliages de magnésium Article M825 Fonderie et moulage du titane et des alliages de titane Article M3650 Fonderie et moulage des alliages de zinc Article M3658 Parachèvement en fonderie - Décochage. Grenaillage Article M3659 Parachèvement en fonderie - Ébarbage. Finition Article M3660 Contrôles en fonderie - Principes Article M3661 Contrôles en fonderie - Mise en œuvre 7

8 8

9 Matériau : acier 10

10 Matériau : acier à fonte 11

11 Matériau : acier à fonte Cémentite = carbure de fer (Fe 3 C) à très fragile Fonte blanche, dure, cassante, pour les pièces d usure Formation de graphite à fonte grise Processus naturel, mais très lent Recuit de fonte blanche (1000 C, ~10h, refroidissement en 15h) Fonte malléable à cœur noir Ajout d alliages (Cu, Ni, Si) Précipitation du graphite sous forme de lamelles Fonte à graphite lamellaire EN GJL Fragilisation par concentration de contrainte Grande stabilité Bâtis, tuyaux de grands diam.(égouts), inserts de cheminée, Précipitation du graphite sous forme de sphères Matériau à faible taux de souffre, Inoculation au magnésium avant la coulée (ébullition : 1103 C!!!!) Fonte à graphite sphéroïdal, dite fonte ductile : EN GJS Canalisations, arbres à came, vilebrequins 12

Matériau : Aciers (pas beaucoup, T fusion élevée) ; ex : G S 235 Cuivre (T f = 1085 C) Bronze : robinetterie, pièces de frottement, (jusqu à 20% d étain) Cupro-aluminium : résistance à la corrosion à

12 Matériau : Aciers (pas beaucoup, T fusion élevée) ; ex : G S 235 Cuivre (T f = 1085 C) Bronze : robinetterie, pièces de frottement, (jusqu à 20% d étain) Cupro-aluminium : résistance à la corrosion à hélices de bateau Laitons Cupro-nickel : résistance à la corrosion Aluminium + silicium à meilleure coulabilité, moins de défauts de dilation / retrait + cuivre à meilleure dureté Al-Cu4MgSi = Dural = AU4G = 2017 Zinc Zinc+Aluminium+Magnésium+Kuivre =ZAMAK Zamak 3 : 4% Al % Mg ; Tf = 384 C 13

13 Matériau : marché (2012) Produc6on (en tonnes) 2% 23% 1% 8% 66% 23% 43% Acier Cuivre légers Zinc, divers FGS Fonte autre 14

14 Relation procédé-matériau Quel moule pour quel matériau? Matériau Tf Al 2xxx 635 C Bronze 870 C Fonte 1150 C Acier 1400 C Inconel 1350 C TA6V 1650 C??? 15

15 Moulage au sable 16

16 Moulage en coquille 17

17 Moulage à modèle perdu cire perdue modèle perdu (polystyrène) 18

Parachèvements Séparer la pièce du moule Éjection Décochage = défonçage + grille vibrante Nettoyer la pièce Sablage (air + sable), sablage doux (air + noyaux),

18 Parachèvements Séparer la pièce du moule Éjection Décochage = défonçage + grille vibrante Nettoyer la pièce Sablage (air + sable), sablage doux (air + noyaux), jet d eau Grenaillage (grenailles métalliques, fils coupés) Démasselotage Ébarbage Marteau, lime, meuleuse, Découpe à la presse Roulage, au tonneau Gougeage 19

19 Propriétés, défauts Coulabilité Caractère du matériau à être coulé, dépend de la température, du moule, Alliages d aluminium : 70 à 100 cm à 20

20 Propriétés, défauts Coulabilité Caractère du matériau à être coulé, dépend de la température, du moule, Retrait entre le matériau liquide et le matériau froid Retrait : liquide chaud à liquide froid Retrait (ou expansion) : liquide froid à matériau chaud Retrait (ou expansion) : matériau chaud à matériau froid ATTENTION : Retrait du matériau (~5%) différent du retrait de la pièce (~15 ) Formation de la structure du matériau Conditions cinématiques de refroidissement 21

21 Propriétés, défauts Ségrégation : hétérogénéité à différents endroits de la pièce Retassures : creux en surface ou vide dans la pièce à retrait / masselottes, Criques : rupture du matériau à retrait bloqué / rigidité du moule-des noyaux, Soufflures : bulles de gaz, initialement dissoute dans le matériau ou avalée à la coulée 22

22 Règles de tracés 24

23 Règles de tracés 25

24 Rappels sur les procédés de mise en forme Au sable Au sable mécanisé Poids 10-3 à 10 3 kg 10-3 à 100 kg 10-3 à 0.5 kg (10 kg) Série Unitaire Pe7te à grande série Tolérance (L=150 mm) Cire perdue Loast Foam Coquille Grande série (unitaire) 10 à 10 3 kg 10-3 à 50 kg unitaire 2 mm 2 mm 0.5 mm 1 mm 1 mm Grande série 26

25 Rappels sur les procédés de mise en forme 27

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