Guide ultime des procédés de fonderie : techniques et applications

Classification des procédés de fonderie

• Fonderie en sable
• Fonderie en coquille
• Fonderie de précision (cire perdue)
• Fonderie sous pression
• Fonderie basse pression
• Fonderie centrifuge
• Fonderie par gravité
• Fonderie sous vide
• Fonderie par pressage
• Fonderie à modèle perdu (mousse)
• Coulée continue

Fonderie en sable

Procédé de fabrication de pièces dans un moule en sable. L'acier, la fonte et la plupart des alliages non ferreux peuvent être obtenus par fonderie en sable.

Flux du processus :

Caractéristiques techniques :

1. Adapté aux ébauches de forme complexe, notamment avec cavités internes complexes ;
2. Grande adaptabilité et faible coût ;
3. Pour certains matériaux à faible plasticité comme la fonte, la fonderie en sable est le seul procédé de mise en forme.

Applications :

Blocs-moteurs, culasses, vilebrequins et autres pièces de moteurs automobiles.

Fonderie en coquille

Procédé de moule consumable : le métal en fusion est coulé dans un moule jetable. Du sable enrobé de résine est déposé sur un moule métallique réutilisable chauffé pour le durcir en une fine coquille, puis chauffé et solidifié pour atteindre la résistance et la rigidité requises. Les demi-coquilles supérieure et inférieure, serrées par pinces ou collées à la résine, forment un moule jetable.

Flux du processus :

Caractéristiques techniques :

Avantages :

1. Production de masse automatisable ;
2. Bonne finition de surface et précision d'usinage réduisant les coûts d'usinage ultérieurs ;
3. Production de grandes pièces et formes complexes possible ;
4. Coût de moule faible et peu de déchets.

Inconvénients :

1. Résine coûteuse ;
2. Moule métallique réutilisable nécessitant un usinage de précision coûteux ;
3. Gaz irritants émis pendant la coulée ;
4. Pièces de résistance faible avec porosité élevée.

Applications :

Pièces de moyennes et petites séries en alliage, grandes séries, haute précision, parois minces, formes complexes : culasses, bielles, collecteurs, etc.

Fonderie de précision (cire perdue)

Procédé où un modèle en matériau fusible est enrobé de plusieurs couches de réfractaire pour former une coquille, le modèle étant ensuite fondu hors de la coquille pour obtenir un moule sans plan de partage, rempli de sable après cuisson à haute température. Souvent appelé « cire perdue ».

Flux du processus :

Caractéristiques techniques :

Avantages :

1. Haute précision dimensionnelle et géométrique ;
2. Haute rugosité de surface (fine) ;
3. Coulée de pièces complexes, alliages non limités.

Inconvénients :

Procédé complexe et coût élevé.

Applications :

Petites pièces à formes complexes, haute précision, ou difficilement usinables : aubes de turbines, etc.

Fonderie sous pression

Haute pression pour injecter le métal en fusion à grande vitesse dans une cavité de moule métallique de précision, le métal se solidifiant sous pression.

Flux du processus :

Caractéristiques techniques :

Avantages :

1. Métal soumis à haute pression et haut débit ;
2. Haute qualité produit, dimensions stables, bonne interchangeabilité ;
3. Haute efficacité de production, longue durée de vie du moule ;
4. Adaptée à la grande série avec bons avantages économiques.

Inconvénients :

1. Pièces sujettes aux micro-porosités et retassures ;
2. Inadaptées aux chocs et vibrations (faible plasticité) ;
3. Alliages à haut point de fusion réduisant la durée de vie du moule et limitant l'expansion de la production.

Applications :

Automobile, outillage, machinerie agricole, machines-outils, électronique, défense, informatique, médical, horlogerie, appareils photo, quincaillerie, etc.

Fonderie basse pression

Méthode de remplissage du moule sous basse pression (0,02-0,06 MPa) et solidification sous pression.

Flux du processus :

Caractéristiques techniques :

1. Pression et vitesse de coulée ajustables, applicable à divers moules (métalliques, sable), divers alliages et tailles ;
2. Remplissage par injection par le bas, stable et sans éclaboussures, évitant l'emprisonnement de gaz et l'érosion des parois et noyaux, améliorant le taux de conformité ;
3. Solidification sous pression : structure compacte, contours nets, surface lisse, hautes propriétés mécaniques, particulièrement bénéfique pour pièces à grandes parois minces ;
4. Colonne d'alimentation omise, taux d'utilisation du métal porté à 90-98 % ;
5. Faible pénibilité, bonnes conditions de travail, équipement simple, facile à mécaniser et automatiser.

Applications :

Produits traditionnels (culasses, moyeux de roues, cadres de cylindres, etc.).

Fonderie centrifuge

Procédé où le métal en fusion est versé dans un moule en rotation, le remplissage s'effectuant par force centrifuge pour solidifier le métal.

Flux du processus :

Caractéristiques techniques :

Avantages :

1. Quasi aucune consommation de métal pour les systèmes d'alimentation, améliorant le rendement ;
2. Noyau inutile pour pièces creuses, capacité de remplissage grandement améliorée pour tubes longs ;
3. Moins de porosités, inclusions, haute densité et propriétés mécaniques ;
4. Fabrication aisée de pièces composites tube/manchon.

Inconvénients :

1. Limitations pour pièces de forme spéciale ;
2. Qualité de coulée médiocre : alésage imprécis, surface interne rugueuse, surplus d'usinage important ;
3. Ségrégation par gravité spécifique.

Applications :

Initialement tubes en fonte. Utilisé en métallurgie, mines, transport, drainage/irrigation, aviation, défense, automobile pour pièces en acier, fonte, alliages non ferreux. Tuyaux centrifuges, chemises de cylindre, manchons de moteurs les plus courants.

Fonderie par gravité

Procédé où le métal en fusion remplit un moule métallique sous l'action de la gravité et s'y solidifie.

Flux du processus :

Caractéristiques techniques :

Avantages :

1. Grande conductivité et capacité thermique du moule métallique, refroidissement rapide, structure dense, propriétés mécaniques ~15 % supérieures au sable ;
2. Haute précision dimensionnelle, faible rugosité, qualité stable ;
3. Noyau de sable peu ou pas utilisé : amélioration environnementale, réduction poussières/gaz nocifs, moindre pénibilité.

Inconvénients :

1. Moule métallique imperméable : mesures nécessaires pour évacuer l'air de la cavité et les gaz du noyau ;
2. Moule non déformable : risque de fissures à la solidification ;
3. Cycle de fabrication long et coût élevé du moule : rentabilité seulement en grande série.

Applications :

Grande série d'alliages non ferreux (aluminium, magnésium) à formes complexes, mais aussi pièces en fer/acier et lingots.

Fonderie sous vide

Procédé avancé éliminant ou réduisant fortement les porosités et gaz dissous dans les pièces par extraction du gaz de la cavité pendant la coulée, améliorant propriétés mécaniques et qualité de surface.

Flux du processus :

Caractéristiques techniques :

Avantages :

1. Élimination/réduction des porosités internes, amélioration propriétés mécaniques, qualité de surface et aptitude au placage ;
2. Réduction de la contre-pression, utilisation d'alliages à basse pression spécifique et mauvaise coulabilité, pièces de grande taille sur petites machines ;
3. Conditions de remplissage améliorées, parois plus minces possibles.

Inconvénients :

1. Coût élevé : structure d'étanchéité complexe du moule, fabrication et installation difficiles ;
2. Effet peu significatif si le procédé est mal contrôlé.

Fonderie par pressage (squeeze casting)

Méthode de solidification et mise en forme de métal liquide ou semi-solide sous haute pression pour obtenir directement pièces ou ébauches. Avantages : taux d'utilisation élevé du métal liquide, processus simplifié, qualité stable. Technologie d'économie d'énergie à fort potentiel.

Flux du processus :

Pressage direct :

Pulvérisation revêtement, coulée alliage, fermeture moule, pressurisation, maintien pression, décompression, ouverture moule, démoulage, remise en place.

Pressage indirect :

Pulvérisation revêtement, fermeture moule, alimentation, remplissage, pressurisation, maintien pression, décompression, ouverture moule, démoulage, remise en place.

Caractéristiques techniques :

1. Élimination défauts internes : porosités, retassures, micros-retassures ;
2. Faible rugosité, haute précision dimensionnelle ;
3. Prévention fissures de coulée ;
4. Facile à mécaniser et automatiser.

Applications :

Alliages d'aluminium, de zinc, de cuivre, fonte ductile, etc.

Fonderie à modèle perdu (mousse)

Fonderie à modèle perdu (aussi moulage en moule plein) :

Nouveau procédé assemblant des modèles en paraffine ou mousse aux dimensions et forme des pièces, en grappes. Après enduit réfractaire et séchage, enfouissage en sable de quartz sec pour moulage par vibration, coulée sous pression négative pour gazéifier le modèle, le métal liquide occupant sa place et formant la pièce après solidification et refroidissement.

Flux du processus :

Pré-expansion → moulage mousse → enduit → séchage → moulage → coulée → dépotage → nettoyage

Caractéristiques techniques :

1. Pièces haute précision, pas de noyau de sable, gain de temps d'usinage ;
2. Pas de plan de partage, conception flexible, grande liberté de design ;
3. Production propre sans pollution ;
4. Réduction investissement et coûts de production.

Applications :

Pièces de précision de toutes tailles, structures complexes, types d'alliages et séries illimités. Ex : boîtiers moteur en fonte grise, coudes en acier au manganèse, etc.

Coulée continue

Procédé avancé : le métal en fusion est coulé en continu dans un moule métallique spécial (cristalliseur). La pièce solidifiée (croûtée) est extraite en continu de l'autre côté. Pièces de toute longueur ou longueur spécifique obtenues.

Flux du processus :

Caractéristiques techniques :

1. Structure cristalline dense, uniforme, bonnes propriétés mécaniques (refroidissement rapide) ;
2. Économie de métal, rendement accru ;
3. Processus simplifié, élimination moulage et autres opérations, réduction pénibilité et surface de production ;
4. Facile à mécaniser/automatiser, efficacité accrue.

Applications :

Acier, fonte, alliages cuivre, aluminium, magnésium : lingots, brames, barres, tubes à section constante.