A. Le moulage A.I.Moulage au sable OBTENTION DES PIECES BRUTES La pièce à obtenir le modèle en bois C) l empreinte supérieure en Sable D) l empreinte inférieure F) système de remplissage et d alimentation Intervalles de tolérances possibles avec le moulage en sable : IT = 1 + 1,5 * d / 100 pour les fontes IT = 1 + 5 * d / 1000 pour les alliages légers (aluminium) avec d en mm La rugosité de la surface brute sera : Ra = 12,5 microns Moulage au sable : hauteur à démouler en mm Modèle Dépouille en % Portée de noyaux Dépouille en % 10 à 50 2 à 5 10 > 50 2 10 Dépouille des pièces moulées au sable Obtention des bruts 1/13 B.D.
A.I.a. LES ALLIAGES UTILISÉS : Les fontes à graphite lamellaire présentent de très bonnes propriétés d'utilisation, Pour certaines applications, on ajoute des éléments (nickel, chrome... ) qui en font des fontes dites alliées, dont la teneur en carbone est généralement inférieure à 3 %. Les fontes à graphite sphéroïdal révolutionnent la métallurgie des fontes. Apparues en 1948, elles ont des caractéristiques dépassant celles de certains aciers forgés, notamment en ce qui concerne leur résistance à la fatigue. Cela tient au fait que le graphite cristallise sous forme de petites sphères et non de lamelles. L industrie automobile emploie les fontes à graphite sphéroïdal pour réaliser en grande série des pièces de sécurité (vilebrequins, pièces de suspension... ), L'acier. On distingue trois familles d'aciers de moulage : les aciers au carbone (0,15 à 0,45 %), les aciers faiblement alliés (moins de 5 % d'éléments comme le chrome, le nickel, le molybdène,... ), et les aciers fortement alliés comme les inoxydables et les réfractaires. Ils sont employés essentiellement pour les matériels destinés aux transports ferroviaires, aux travaux publics, à la sidérurgie, à la production d'énergie (turbines) et au secteur nucléaire. Les pièces moulées en alliages cuivreux sont très recherchées pour leur facilité d'usinage, leur qualité de frottement, leur résistance à la corrosion et leur conductibilité. Ces alliages sont surtout utilisés pour la robinetterie, la construction navale, les industries mécaniques et électriques, pour la sculpture et l'art campanaire. Ils sont en bronze (7 à 20 % d'étain), en laiton (20 à 40 % de zinc) et en cupro-aluminium (9 à 12 % d'aluminium). Les alliages d'aluminium se répartissent en cinq grandes classes : les alliages aluminium-silicium, aluminium-silicium-cuivre souvent issus du recyclage, aluminium-cuivre, aluminium-magnésium et aluminium-zinc. Leur emploi est lié à leur légèreté, leur conductibilité et leur résistance à la corrosion.. Les alliages de magnésium entrent dans les applications spéciales de l'aéronautique et de l'armement. Les alliages de zinc sont constitués principalement de zinc et d'aluminium. Ils sont faciles à mettre en oeuvre et adaptés à la fabrication en grande série de pièces précises (de la fermeture à glissière aux bâtis de machines pour la bureautique, en passant par les jouets, le matériel électrique et les équipements automobiles). Les alliages aluminium-silicium sont les plus appropriés à la réalisation des pièces de fonderie. De nombreuses nuances existent, souvent avec adjonction de magnésium et de titane. Certains alliages de cette série contiennent aussi du cuivre, ce qui permet d'associer les propriétés du silicium et du cuivre, et d'obtenir ainsi des alliages ayant de bonnes caractéristiques mécaniques et une très bonne aptitude à l'usinage tout en évitant le principal défaut des AU (série 20000), à savoir le risque de criques. L'AS5U3G (45100) est un alliage très utilisé en automobile pour les prototypes. Il allie coulabilité, usinabilité et caractéristiques mécaniques adaptées à ce type de pièces. L'AS9U3(Fe) (46000) est un alliage principalement utilisé en automobile pour la série. Cet alliage est utilisé principalement en fonderie sous pression (95 %) pour les pièces automobiles (bloc moteur, carter embrayage, couvre culasse, carter d'huile, pièces diverses,...). Il est aussi utilisé accessoirement pour la fabrication de certaines culasses en moulage gravité. Obtention des bruts 2/13 B.D.
B. L estampage et le matriçage : Les 2 termes sont synonymes cependant matriçage : forgeage mécanique des aciers Estampage : forgeage mécanique des alliages non ferreux Etapes successives de formage : _ Cambrage, ebauche, finition, ébavurage Matrice circulaire matrice à double gravure Figure10 B.I.Estampage et recuit de recristallisation des grains : B.II.Matériaux forgeables Seuls les materiaux ayant une certaine ductilité à chaud ce qui n est pas le cas des fontes Obtention des bruts 3/13 B.D.
B.II.a.1.- les aciers : classe A; classe C; faiblement ou fortement alliés. matériaux % carbone Forgeage seulement possibles dans les zones de température aciers 0,15 à 0,2% au début 1 250 C à la fin 780 C B.II.a.2.Les alliages d aluminium La norme européenne EN 573-1 indique que cet ensemble de 4 chiffres doit être précédé pour les alliages destinés à être corroyés par le préfixe EN, les lettres «A» (aluminium), «W» (pour les produits corroyés, wrought en anglais) et un tiret «-». Exemple : Exemples : EN AW-2024 [Al Cu4Mg1], EN AW-6060 [Al Mg Si], EN AW-7075 [Al Zn5,5MgCu] Le premier chiffre indique l'élément d'alliage principal suivant le code suivant : Phase principale présente Série Désignation Elément d'alliage principal dans l'alliage Série 1000 1XXX 99% d'aluminium au minimum - Série 2000 2XXX Cuivre (Cu) Al 2 Cu - Al 2 CuMg Série 3000 3XXX Manganèse (Mn) Al 6 Mn Série 4000 4XXX Silicium (Si) - Série 5000 5XXX Magnésium (Mg) Al 3 Mg 2 Série 6000 6XXX Magnésium (Mg) et Silicium (Si) Mg 2 Si Série 7000 7XXX Zinc (Zn) MgZn 2 B.II.a.3.- Les alliages cuivreux: laitons (CuZn39 Pb2 à 750 ); cupro-aluminium à 850 ; cupronickel. B.II.a.4.- Les alliages de magnésium. B.II.b.Précision obtenue En forge libre : 5mm Estampage et matriçage :1 à 2mm Dépouille des pièces estampées selon le procédé d obtention. Obtention des bruts 4/13 B.D.
B.III.Le filage direct : B.IV.Le filage inverse B.IV.a.Qualité obtenue IT et états de surfaces excellents : IT = h9 ou h10_ Ra = 1,6 à 3,2 microns Obtention des bruts 5/13 B.D.
C. L emboutissage L emboutissage est un procédé de mise en forme très utilisé dans l industrie, permettant d obtenir des pièces de surface non développable à partir de feuilles de tôle mince, montées sur presse. La tôle appelée «flan», est la matière brute qui n a pas encore été emboutie. L opération peut être réalisée avec ou sans serre flan pour maintenir le flan contre la matrice pendant que le poinçon déforme la feuille. Obtention des bruts 6/13 B.D.
D. Le soudage Le soudage est une opération de micro-métallurgie consistant à exécuter un cordon fondu liant les bords de deux pièces ; il est dit homogène quand ces deux pièces, ainsi que le métal d apport du joint, ont une composition chimique identique ou voisine, et hétérogène dans les autres cas. Le soudage nécessite un apport de chaleur. Toutes les sources d énergie peuvent être utilisées : chimique (flammes), lumineuse (laser), électrique ou mécanique. Le soudage à la flamme : Le cordon de soudure est produit au moyen d'une flamme dirigée sur les bords à souder. Lorsqu'un métal d'apport est utilisé, c'est sous forme de baguette (baguette de soudure) de nuance adaptée que celui-ci est apporté, manuellement, dans le bain de fusion. Le soudage à l'arc électrique avec électrode enrobée : Un arc électrique éclate entre un métal d'apport constitué par une électrode enrobée fusible et la pièce à souder. Le soudage à l'arc électrique sous flux pulvérulent : Un arc électrique éclate entre un métal d'apport constitué par un fil-électrode nu ou fourré qui se dévide mécaniquement et la pièce à souder, l'arc et le bain de fusion étant submergés par un flux pulvérulent. Le soudage TIG (Tungstène Inert Gaz) : Un arc électrique éclate entre une électrode non fusible en tungstène et la pièce à souder. S'il faut un métal d'apport, celui-ci est apporté dans le bain de fusion à la main (baguette d'apport) ou mécaniquement (bobine de fil d'apport). Le soudage MIG (Metal Inert Gaz) : Un arc électrique éclate entre un métal d'apport constitué par un un fil-électrode nu qui se dévide mécaniquement et la pièce à souder, l'arc et le bain de fusion étant environnés d'une atmosphère protectrice chimiquement inerte d'argon ou d'hélium. Le soudage par résistance : Des électrodes non fusibles et refroidies pincent adéquatement deux pièces superposées et conduisent un courant électrique ; la température de fusion est atteinte par effet Joule au droit des pièces à souder et le soudage s'effectue lors du pincement. Le soudage par décharge de condensateur : Les pièces sont maintenues en contact jusqu'à décharge d'un condensateur libérant l'énergie nécessaire à la production du bain de fusion, les pièces sont maintenues pressées l'une contre l'autre jusqu'à la solidification du joint (ce procédé est très utilisé pour le soudage de fils sur parois métalliques). Le soudage par friction : Les bords des pièces à souder sont maintenus pressés l'un contre l'autre et mis en mouvement jusqu'à ce que le frottement provoque la fusion, les pièces sont alors vivement rapprochés et maintenues sous pression. D.I. Les domaines d application du soudage Le soudage s applique à tous les matériaux métalliques Ses principaux domaines d application dans le domaine de l acier : la mécanique au sens large et la construction, pour lesquels il constitue de loin le moyen d assemblage n 1. Obtention des bruts 7/13 B.D.
La soudabilité des aciers est inversement proportionnelle à la teneur en carbone. Toutes les nuances d acier n ont pas la même aptitude au soudage et affichent des degrés de soudabilité différents. Certains aciers sont d ailleurs intrinsèquement non soudables. Avantages du soudage, par rapport aux autres techniques d assemblage - Il assure une continuité métallique de la pièce, lui conférant ainsi des caractéristiques au niveau de l assemblage équivalentes à celles du métal assemblé (mécaniques, thermiques, chimiques, électriques, d étanchéité, de durabilité ). - Il répond à des sollicitations élevées - Il est durable (insensible aux variations de température, aux conditions climatiques ) - Il garantit l étanchéité de la pièce soudée. ANNEXES Obtention des bruts 8/13 B.D.
E. Exemple de pièce estampée Obtention des bruts 9/13 B.D.
Conception d une pièce estampée Obtention des bruts 10/13 B.D.
Représentation des soudures norme : Obtention des bruts 11/13 B.D.
Obtention des bruts 12/13 B.D.
Obtention des bruts 13/13 B.D.