La fonderie métallique : définition, types et processus

Qu'est-ce que la fonderie métallique ?

La fonderie métallique est le processus consistant à verser du métal en fusion dans un moule contenant une cavité creuse de la forme géométrique souhaitée, puis à le laisser refroidir pour obtenir une pièce solidifiée. Le terme « fonderie » désigne aussi la pièce ainsi produite, un procédé vieux de 6000 ans.

Historiquement utilisée pour fabriquer des pièces complexes ou de grande taille, difficiles ou coûteuses à produire par d'autres méthodes, la fonderie est un procédé moderne aux racines anciennes. Dans ce processus, les formes métalliques sont obtenues en coulant le métal en fusion dans une cavité de moule, où il refroidit avant d'être extrait.

La fonderie est sans doute le procédé industriel le plus ancien et le plus influent. Elle sert à fabriquer de nombreux objets métalliques du quotidien : pièces automobiles, roues de train, poteaux d'éclairage, pédales d'autobus scolaires, et bien plus.

De plus, les fonderies s'appuient sur le recyclage des métaux comme source économique de matière première, réduisant considérablement les déchets de ferraille qui finiraient en décharge.

Le processus de fonderie métallique

1. Fabrication du modèle

Un modèle est une réplique de l'extérieur de la pièce à couler. Les modèles sont généralement en bois, métal, plastique ou plâtre. La fabrication du modèle est cruciale pour la production industrielle de pièces, où des calculs précis sont nécessaires pour assurer l'ajustement et le fonctionnement des ensembles.

2. Fabrication des noyaux

Si la pièce doit être creuse, une pièce supplémentaire en sable ou en métal (appelée noyau) façonne la forme interne. Les noyaux sont généralement robustes mais collapsibles pour être facilement retirés de la pièce finie.

3. Moulage

Pour visualiser le processus, imaginez votre empreinte dans le sable mouillé sur une plage. Votre pied serait le noyau, et l'empreinte dans le sable est le moule de votre pied.

Le moulage est un processus en plusieurs étapes formant un moule autour du modèle avec du sable de fonderie. En fonderie, le moule est contenu dans un châssis appelé « châssis de moulage ». Le sable vert (sable de moulage) est tassé dans le châssis autour du modèle.

C'est la fonderie en sable vert. Une fois le sable bien tassé, le modèle est retiré et le moule reste. Alternativement, un moule métallique bipartite non destructible peut être créé pour couler répétitivement des pièces identiques pour des applications industrielles.

4. Fusion et coulée du métal en fusion

Après fusion, le métal est versé dans la cavité du moule et laissé se solidifier. Une fois solidifié, commence l'opération de décochage : les moules subissent des vibrations pour séparer le sable de la pièce.

Dans les applications industrielles, des équipements comme nos secoueurs à deux masses maintiennent une production élevée grâce à leur performance efficace et fluide. Le sable retiré est généralement collecté, refroidi et récupéré pour être réutilisé dans de futurs moulages.

5. Nettoyage

Dans cette étape finale, la pièce métallique est extraite du moule puis ébarbée. Lors de l'ébarbage, l'objet est nettoyé de tout résidu de matériau de moulage et les arêtes vives sont éliminées.

Types de fonderie métallique

La fonderie se divise en deux groupes selon la nature du moule : moules perdus (expendables) et moules permanents. Elle se subdivise ensuite selon le matériau du modèle.

• Moules réutilisables :
  • Moules permanents
  • Moules semi-permanents
  • Coulée en coquille (slush casting)
  • Coulée centrifuge
  • Coulée sous pression
  • Coulée sous pression (die casting)
• Moules perdus :
  • Fonderie en sable
  • Moulage en coquille (shell molding)
  • Fonderie à la cire perdue (investment casting)
  • Moulage plein ou mousse

Fonderie à moule perdu

Comme son nom l'indique, la fonderie à moule perdu utilise un moule temporaire non réutilisable pour produire la pièce finale, le moule étant détruit pour en extraire la pièce. Ces moules sont généralement en sable, céramique ou plâtre, liés par des liants pour améliorer leurs propriétés. Des géométries complexes et détaillées peuvent être coulées par cette méthode.

Fonderie à moule permanent

Parfois appelée fonderie à moule non-perdu, la fonderie à moule permanent utilise des moules réutilisés après chaque cycle de production. Bien qu'elle produise des pièces reproductibles grâce à la réutilisation du même moule, elle ne peut produire que des pièces simples car le moule doit s'ouvrir pour extraire les pièces.

Fonderie à moule composite

Comme son nom l'indique, cette méthode utilise à la fois des moules perdus et réutilisables pour produire des pièces. Elle fait normalement appel à des matériaux comme le sable, le bois, le graphite et le métal.

Applications de la fonderie métallique

La consommation de fonderie par secteur met en évidence son importance dans tout dispositif industriel :

• Transport : automobile, aérospatial, ferroviaire, naval
• Équipements lourds : construction, agriculture, mines
• Machines-outils : usinage, fonderie, moulage plastique, forgeage, extrusion, formage
• Machines d'usine : chimie, pétrole, papier, sucre, textile, acier, centrales thermiques
• Défense : véhicules, artillerie, munitions, stockage, équipements de soutien
• Machines électriques : moteurs, générateurs, pompes, compresseurs
• Quincaillerie : tuyaux, raccords, vannes, accessoires de plomberie
• Ménage : appareils, cuisine, jardinage, meubles, accessoires
• Objets d'art : sculptures, idoles, meubles, lampadaires, objets décoratifs

Avantages de la fonderie métallique

• Production de formes complexes
• Cavités internes ou sections creuses facilement réalisables
• Grosses pièces produites en une seule coulée
• Matériaux difficiles ou coûteux à usiner autrement peuvent être coulés
• Moins cher que d'autres procédés pour des quantités moyennes à grandes
• Presque tous les métaux peuvent être coulés
• Forme quasi nette, souvent sans ou avec très peu de post-traitement

Inconvénients de la fonderie métallique

• Finition de surface relativement grossière, tolérances plus larges, inadaptée aux surfaces d'ajustement
• Le moulage en coquille a des limites de taille et de modèle
• Les modèles sont longs et coûteux à fabriquer, bien que la fabrication additive (jet de liant) commence à être utilisée pour les moules
• La coulée sous pression peut être très coûteuse pour des petites et moyennes séries à cause du coût élevé des moules
• La taille des pièces et le choix des matériaux dépendent du procédé. Par exemple, seuls les métaux non-ferreux peuvent être utilisés pour la fonderie à moule permanent

FAQ

Comment appelle-t-on la fonderie métallique ?

En métallurgie et joaillerie, la fonderie est un processus où un métal liquide est introduit dans un moule (généralement par un creuset) contenant une empreinte négative (image tridimensionnelle négative) de la forme voulue. Le métal est versé dans le moule par un canal creux appelé « canal de coulée ».

Quels sont les 4 types de fonderie ?

Les procédés de formage à chaud, comme la coulée sous pression, la fonderie à la cire perdue, la fonderie en plâtre et la fonderie en sable, offrent chacun des avantages de fabrication uniques.

De quoi a-t-on besoin pour la fonderie métallique ?

La fonderie nécessite divers outils et matériaux. Le récipient pour le métal en fusion s'appelle un « creuset ». Autres outils nécessaires : four, boîtes de moulage, outil de tasse manuel, pinces à creuset, tige de ventilation, tamis manuel, pulvérisateur d'eau.

À quoi sert la fonderie métallique ?

La fonderie est un procédé vieux de 7000 ans utilisé en fabrication et en art. Le métal en fusion est transféré d'un creuset dans un moule pour créer un objet métallique positif. Le métal et le moule refroidissent, puis l'objet est extrait et fini.

Quels sont les types de fonderie ?

10 types de procédés de fonderie : fonderie en sable, fonderie à la cire perdue, coulée sous pression, coulée basse pression, coulée centrifuge, coulée en coquille par gravité, coulée sous vide, coulée par compression.

Quels produits sont fabriqués par fonderie métallique ?

Exemples : corps de pompe, segments d'anneau, portes de four industriel, corps de bouche d'incendie, col de bouche d'incendie, four de traitement thermique, grande plaque de montage en aluminium, boîte de vitesses en aluminium.

Quels sont les avantages de la fonderie métallique ?

Avantages : production de formes complexes, cavités internes facilement réalisables, grosses pièces en une seule coulée, matériaux difficiles à usiner autrement peuvent être coulés.

Quels sont les inconvénients de la fonderie métallique ?

Outre ces avantages, la fonderie présente des inconvénients : finition de surface médiocre nécessitant souvent une opération de finition, défauts de fonderie, résistance à la fatigue inférieure au forgeage, non économique pour la production de masse.

Quel est le procédé de fonderie le plus populaire ?

La fonderie en sable est de loin la plus utilisée, mais un aspect la rend inappropriée pour certains projets : les modèles doivent être retirés du moule qu'ils créent, ce qui peut signifier une construction de modèle complexe.

Quand la fonderie métallique a-t-elle été inventée ?

Aujourd'hui complexe et exigeant une chimie précise, la première fonderie de métaux remonte à environ 4000 av. J.-C.

Comment fondre le métal pour la fonderie ?

Les métaux peuvent être fondus au chalumeau, au four électrique, au propane, à induction, ou même au four à micro-ondes. Le choix dépend du budget, du type de matériau et de la quantité à fondre.

Comment sont fabriqués les moules métalliques ?

Comme procédé de fabrication, le moulage par trempage ressemble à la fabrication traditionnelle de bougies. Des moules métalliques chauffés sont trempés dans un bain de matériau liquide chauffé ou à température ambiante. Les moules sont extraits et durcis avant le démoulage de la pièce.

Comment faire un moulage ?

• Placez votre objet au fond d'un gobelet jetable, dans un lit peu profond de plastiline ou d'argile.
• Versez le silicone dans le gobelet avec l'objet et laissez sécher 15 min.
• Posez votre moule sur une surface plane, fixez-le avec du ruban adhésif, et commencez à couler votre première pièce.