Procédés de Fonderie Métallique : Vue d'Ensemble Complète

Fabriquer des articles en versant du métal en fusion dans un espace vide façonné est connu sous le nom de fonderie métallique. Le métal durcit et refroidit alors dans la forme que ce moule façonné lui a fournie.

Si un article doit être usiné à partir d'une pièce massive de métal, la fonderie est souvent une option moins coûteuse. Il existe de nombreuses techniques de fonderie métallique disponibles. L'utilisation des métaux, la longueur de la série et la complexité de la fonderie influencent tous le type de fonderie le plus efficace.

La demande de produits complexes et de haute qualité a augmenté en tandem avec une croissance des demandes et applications industrielles. Heureusement, il existe de nombreuses méthodes de fonderie qui peuvent créer des produits complexes et précis pour une gamme d'utilisations et d'exigences clients.

Comprendre les avantages et inconvénients des différentes techniques de fonderie vous aidera à choisir le meilleur procédé pour vos besoins de fabrication. C'est pourquoi dans cet article, je discuterai des différents types de procédés de fonderie ainsi que de leurs avantages et inconvénients.

Commençons !

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Types de Procédés de Fonderie

Voici les types courants de procédés de fonderie disponibles dans le monde industriel d'aujourd'hui :

• Fonderie en sable (Sand Casting Process)
• Fonderie centrifuge (Centrifugal Casting)
• Fonderie à mousse perdue (Lost-Foam Casting)
• Fonderie par gravité (Gravity Die Casting)
• Fonderie sous pression (Pressure Die Casting)
• Fonderie à cire perdue (Investment Casting)
• Fonderie en plâtre (Plaster Casting)
• Fonderie sous vide (Vacuum Casting)
• Fonderie par compression (Squeezing Casting)
• Fonderie continue (Continuous Casting)

Fonderie en sable

Tout alliage métallique, ferreux ou non, peut être coulé en utilisant la méthode de fonderie flexible connue sous le nom de fonderie en sable. Elle est fréquemment employée dans les environnements industriels pour la fabrication en série de composants pour automobiles en fonderie métallique, tels que blocs moteurs, culasses, vilebrequins, etc.

Un moule à base de sable artificiel ou naturellement lié est utilisé dans la procédure pour créer la surface plane du moule. Le cope (la moitié supérieure) et le drag (la moitié inférieure) sont les deux composants de la surface du moule.

(La moitié inférieure). En utilisant une coupée de coulée, le métal en fusion est versé dans le dessin, où il est ensuite laissé durcir et prendre sa forme finale. Finalement, le métal excédentaire est enlevé afin que le produit de fonderie métallique fini puisse être fini.

Avantages

Voici les avantages du procédé de fonderie en sable :

• Les coûts de production sont assez bas, surtout pour la production à faible volume
• Fabrication de composants de grande taille
• Coulage d'alliages ferreux et non ferreux
• Capacité de recyclage
• Traitement des métaux à haut point de fusion, tels que le titane et l'acier

Inconvénients

Voici les inconvénients du procédé de fonderie en sable :

• Un niveau de précision inférieur aux techniques alternatives
• Cette stratégie est difficile à appliquer aux produits avec des spécifications de dimensions et de poids établies.
• Les produits produits par la méthode ont une finition de surface rugueuse.

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Fonderie par gravité (Gravity Die Casting)

La fonderie par gravité, communément appelée fonderie en coquille (permanent mold casting), produit des métaux et alliages métalliques en utilisant des moules réutilisables en métal, tels que l'acier, le graphite, etc.

Ce type de fonderie métallique peut être utilisé pour créer de nombreux articles différents, y compris roues, pistons de moteur, raccords de tuyaux, carters d'engrenages et engrenages.

Dans cette méthode, le métal en fusion est versé directement dans la cavité du moule tout en étant tiré vers le bas par la gravité. Le moule peut être incliné pour gérer le remplissage pour une meilleure couverture.

Les articles sont créés en laissant le métal en fusion refroidir et se solidifier à l'intérieur du moule. En conséquence, cette méthode augmente la prévalence des matériaux de fonderie tels que les bronzes spécifiques, la fonte, et les alliages de plomb, zinc, aluminium et magnésium.

Contrairement aux procédés de fonderie sous pression conventionnels, ces types de méthodes de fonderie remplissent le moule du bas vers le haut. Cependant, comparé à la fonderie en sable, la méthode a un taux de fonderie plus élevé. Mais comme des moules métalliques coûteux sont utilisés, le prix est significativement plus élevé.

Avantages

Voici les avantages de la fonderie par gravité :

• En raison de la solidification rapide, elle produit des biens avec une excellente qualité de surface.
• Les produits fabriqués par fonderie sont hautement précis et à tolérances serrées.
• Les moules réutilisables augmentent la productivité et réduisent les coûts de production en économisant du temps.
• Les biens ont des propriétés mécaniques améliorées.
• Fabrication de produits à parois minces

Inconvénients

Voici les inconvénients de la fonderie par gravité :

• Parfois, le produit subit un choc du mécanisme d'éjection utilisé pour retirer la pièce du moule.
• Les coûts de production des moules sont plus élevés.
• La fonderie d'objets complexes est difficile.

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Fonderie sous pression (Pressure Die Casting)

Selon la pression, il existe deux formes différentes de fonderie sous pression. La fonderie sous pression haute et basse, pour être exact.

Pour la production en série de géométries complexes nécessitant une précision fine, la fonderie sous pression haute est plus courante. En revanche, la fonderie sous pression basse est une meilleure technique de fonderie pour la fabrication de pièces grandes et simples.

Ces types de fonderie métallique impliquent l'injection sous haute pression de métaux non ferreux et d'alliages incluant le zinc, l'étain, le cuivre et l'aluminium dans un moule réutilisable qui a été revêtu de lubrifiant.

Afin d'empêcher le durcissement du métal, une haute pression est maintenue tout au long de la procédure d'injection rapide. Après la fin de la procédure, la pièce est extraite et finie pour éliminer tout matériau inutile.

En ce qui concerne le remplissage du moule, la fonderie sous pression diffère de la fonderie par gravité. Alors que l'injection sous haute pression de métal en fusion dans le moule métallique est utilisée dans la fonderie sous pression. Le produit requis est ensuite fabriqué par solidification rapide du métal en fusion.

Avantages

Voici les avantages de la fonderie sous pression :

• Haute tolérance dimensionnelle et précision
• Haute productivité et excellente qualité de produit
• Moins d'opérations d'usinage post-fonderie requises
• Refroidissement plus rapide du métal en fusion pour augmenter les taux de production
• Le processus peut se poursuivre pendant une plus longue période sans remplacer le moule.

Inconvénients

Voici les limitations de la fonderie sous pression :

• Coût élevé des outils utilisés
• Seuls les matériaux non ferreux sont autorisés
• La configuration complète nécessite un investissement monétaire important.
• Elle n'est pas utilisée pour les pièces structurelles car il est difficile de garantir que les produits ont les qualités mécaniques souhaitées.

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Fonderie à cire perdue (Investment Casting)

Pour créer un moule céramique jetable pour la fonderie à cire perdue, parfois appelée fonderie à cire perdue (lost wax casting), un motif en cire est enduit de matériau réfractaire et d'un agent liant. Le métal en fusion est ensuite versé dans le moule pour créer des pièces de fonderie métallique.

Les types de fonderie à cire perdue sont des processus coûteux et intensifs en main-d'œuvre qui peuvent être utilisés pour créer des produits de fonderie métallique tels que des engrenages, des coffres de vélo, des disques de moto, et des pièces de rechange pour équipements de sablage en grandes quantités ou en fonderies complexes.

Avantages

Voici les avantages de la fonderie à cire perdue :

• Elle peut créer des composants à parois minces, plus complexes et avec une excellente qualité de surface.
• Minimise le besoin d'usinage post-fonderie
• Peut couler des alliages difficiles à fondre, tels que l'acier inoxydable, l'acier fin, etc.
• Le moule en coquille se sépare, permettant des fonderies avec des angles de 90 degrés.
• Haute précision dimensionnelle des articles
• Allocation de moulage pour le retrait

Inconvénients

Voici les limitations de la fonderie à cire perdue :

• Coûteuse à utiliser
• Cycle de production plus long
• Coûts de fabrication des moules plus élevés
• Les motifs en cire pour chaque cycle de fonderie doivent être faits avec un nouveau moule.

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Fonderie en plâtre (Plaster Casting)

À l'exception du moule étant composé d'une substance connue sous le nom de « Plâtre de Paris », la procédure de fonderie en plâtre est similaire à la fonderie en sable.

Le plâtre refroidit le métal plus lentement que le sable en raison de sa conductivité thermique et capacité calorifique limitées, ce qui aide à atteindre une haute précision, surtout pour les pièces à sections transversales minces. Cependant, les matériaux ferreux à haute température ne peuvent pas être utilisés avec.

En particulier, les types de procédés de fonderie en moule en plâtre peuvent être utilisés pour créer de petites fonderies de 30 grammes et de grandes fonderies de 45 kilogrammes.

Avantages

Voici les avantages de la fonderie en plâtre :

• La surface finie est lisse
• La capacité de fonder des structures complexes à parois minces avec une plus grande précision dimensionnelle que la fonderie en sable

Inconvénients

Voici les inconvénients de la fonderie en plâtre :

• Moins d'utilisations pour les alliages à base de cuivre et d'aluminium
• Il pourrait être nécessaire de reconstituer souvent le matériau de moulage en plâtre.
• Une substance moins stable que le sable et qui pourrait avoir un impact sur l'ensemble du processus
• Temps de refroidissement accrus, qui affectent les taux de production
• Incompatible avec les matériaux hautement inflammables
• La procédure est généralement plus coûteuse que la plupart des opérations de fonderie.

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Fonderie centrifuge (Centrifugal Casting)

La fonderie rotative, communément appelée fonderie centrifuge, est une méthode pour produire des pièces cylindriques industriellement en utilisant des forces centrifuges. Dans ce type de fonderie métallique, le métal en fusion est versé dans un moule chaud en rotation.

Le métal en fusion sous haute pression est distribué à travers le moule avec l'aide des forces centrifuges.

Il y a trois types de fonderie centrifuge : fonderie centrifuge verticale, semi-centrifuge et véritable fonderie centrifuge. Contrairement à la véritable fonderie centrifuge, la fonderie semi-centrifuge utilise une cannelure (sprue) pour remplir complètement le moule.

Cependant, en raison de la rotation constante utilisée dans la véritable fonderie centrifuge, le métal en fusion adhère aux parois. D'autre part, la fonderie centrifuge verticale implique un moulage directionnel et la même procédure que la véritable fonderie centrifuge, comme l'indique le nom.

Typiquement, des géométries rotatives comme les cylindres sont produites par fonderie centrifuge. Surtout des composants tels que chemises de cylindre, segments de piston, disques d'embrayage, coussinets de roulement, etc.

De plus, verser le métal au centre du moule aide à minimiser les défauts comme les trous de soufflage, le retrait et les poches de gaz. Ce n'est cependant pas approprié pour tous les alliages métalliques.

Avantages

Voici les avantages de la fonderie centrifuge :

• Améliorations du rendement du processus et réduction des déchets
• Fonderie à haute densité et pratiquement sans défaut
• La fabrication de fonderies composites en métal d'un canon et d'une chemise est facile avec cette méthode.
• Il n'y a pas de demande pour les canaux d'alimentation (gates) et les risers.

Inconvénients

Voici les inconvénients de la fonderie centrifuge :

• Le coût de la fonderie centrifuge est substantiel.
• Demande de personnel qualifié
• Fabrication de formes spécifiques

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Fonderie à mousse perdue (Lost-Foam Casting)

La distinction entre la fonderie à cire perdue et la fonderie à mousse perdue est que la première utilise de la cire pour le motif tandis que la seconde utilise de la mousse.

Après la création du motif, le céramique réfractaire est enduit par trempage, enduit, pulvérisation ou brossage. Le produit fini est ensuite créé en versant le métal en fusion dans le moule.

Ces types de fonderie peuvent être appliqués à une variété de matériaux, y compris les alliages ferreux, la fonte d'alliage, l'acier au carbone et l'acier d'alliage. Le procédé de fonderie à mousse perdue est particulièrement utilisé pour produire des articles comme les corps de pompe, les bouches d'incendie, les vannes et les raccords.

La haute précision et exactitude de production ne sont que quelques-uns des avantages de la fonderie à mousse perdue. Cette technique, cependant, a quelques inconvénients qui la rendent inappropriée pour les applications à faible volume.

Avantages :

Voici les avantages de la fonderie à mousse perdue :

• Fonderie de haute qualité
• Flexibilité dans la conception
• Excellente production
• Rentable pour la fabrication à grande échelle

Inconvénients

Voici les limitations de la fonderie à mousse perdue :

• Coûts de motif élevés pour les petits volumes de fabrication
• Faible résistance entraîne une distorsion ou des dommages au motif, ce qui allonge les procédures de production et les délais de livraison.

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Fonderie sous vide (Vacuum Casting)

La fabrication de fonderie sous vide, comme son nom l'indique, se déroule sous une pression de vide de 100 bar ou moins afin d'évacuer le gaz de la cavité du moule.

Dans ces types de procédés de fonderie, les bulles et poches d'air sont éliminées en versant le métal en fusion dans la cavité du moule à l'intérieur d'une chambre à vide.

La cavité du moule est évacuée sous vide pour empêcher les gaz de s'y piéger pendant le processus d'injection du métal. Le métal est ensuite retiré du moule après avoir été durci dans une chambre de chauffage.

De nombreuses industries, y compris celles de l'automobile, aérospatiale, électronique, marine et des télécommunications, utilisent la méthode de fonderie sous vide sous pression.

En conséquence, les composants de châssis structurels et les éléments de carrosserie de véhicules sont certains composants produits par cette technique de fabrication.

Avantages

Voici les avantages de la fonderie sous vide :

• Les caractéristiques mécaniques, la qualité de surface et la porosité de la fonderie sous pression devraient toutes être améliorées.
• Fabrication de produits à parois minces
• Il est possible de traiter thermiquement les articles et de les souder.
• Idéal pour la fabrication à petite échelle
• Il n'y a pas besoin de finition d'outillage dur coûteux.
• Les premiers stades réduisent les poches d'air et les bulles

Inconvénients

Voici les inconvénients de la fonderie sous vide :

• Coût élevé de l'outillage
• Le moule du processus a une durée de vie limitée.
• Possibilités de cavités

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Fonderie par compression (Squeezing Casting)

La fonderie par compression, également connue sous le nom de forgeage liquide, est une méthode hybride de formage du métal qui combine le forgeage sous presse avec la fonderie en coquille en une seule étape.

Dans cette procédure, un volume prédéfini d'alliage métallique en fusion est pompé dans un moule et façonné sous pression. Le composant métallique est ensuite chauffé au point de fusion et retiré du moule.

La fonderie par compression, en particulier, est une méthode de fonderie possible pour les composants critiques de sécurité dans les systèmes automobiles. Par exemple, cadres de châssis, supports, nœuds, joints de structure spatiale, rotules de direction avant en aluminium, etc.

Les avantages des procédés de fonderie et de forgeage sont combinés dans ce type de fonderie métallique. Par exemple, la pression intense utilisée pendant la solidification aide à prévenir les porosités et le retrait.

Cependant, elle est moins courante que d'autres méthodes de fonderie pour la production en série en raison de besoins d'outillage uniques.

Avantages

Voici les avantages de la fonderie par compression :

• Élimine les défauts intrinsèques incluant pores, trous de retrait, et porosité de retrait
• Abrasion de surface minimale
• Elle pourrait arrêter les fissures de fonderie.
• Éléments à haute résistance à la traction
• Il n'y a pas de gaspillage de matériau

Inconvénients

Voici les limitations de la fonderie par compression :

• Moins d'options de conception pour la forme des pièces
• Productivité diminuée
• Besoins d'usinage accrus
• Nécessite un contrôle précis, ce qui ralentit le processus global

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Fonderie continue (Continuous Casting)

Elle permet la production en masse constante de profils métalliques ayant une section transversale fixe, comme le nom l'implique. Dans la fabrication de barres d'acier, ce type de fonderie est fréquemment utilisé.

De plus, les produits de fonderie semi-continue comme les brames, lingots, barres, etc. sont produits par le moulage vertical.

Une surface de métal solide peut se former sur le métal liquide au centre du moule en contrôlant soigneusement le taux auquel le métal en fusion est injecté dans le moule à extrémité ouverte, refroidi par eau.

Par conséquent, la solidification du métal se produit de l'extérieur vers l'intérieur. Après que cette procédure est terminée, des brins de métal peuvent être constamment retirés du moule.

Des cisailles mécaniques ou des chalumeaux oxyacétyléniques mobiles peuvent être utilisés pour couper les produits à des longueurs prédéterminées. La fonderie continue résulte généralement en des produits homogènes, fiables et denses.

Avantages

Voici les avantages de la fonderie continue :

• Les produits de fonderie sont disponibles dans une large gamme de tailles, des bandes minces aux brames et lingots plus grands.
• Coûts réduits en raison de la production continue
• Réduction des déchets de matériaux

Inconvénients

Voici les limitations de la fonderie continue :

• Les moules doivent être continuellement refroidis ; sinon, le retrait de la ligne centrale se produira.
• Fonderie uniquement de formes simples avec une section transversale fixe
• Grande quantité d'espace au sol et investissement initial significatif

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Conclusion

En conclusion, la fonderie est une technique de fabrication polyvalente et fondamentale qui est essentielle pour la création d'une grande variété de biens dans différentes industries.

Les nombreux procédés de fonderie, tels que la fonderie en sable, la fonderie à cire perdue, la fonderie sous pression, et d'autres, ont chacun des avantages uniques, et le meilleur est choisi en fonction de la quantité et de la complexité du produit à produire, de la quantité de matières premières requises, et d'autres considérations.

La fonderie à cire perdue excelle dans la fabrication de composants détaillés et de haute précision, tandis que la fonderie en sable est une technique rentable pour produire de grandes pièces complexes avec une variété de matériaux.

La fonderie sous pression, fréquemment utilisée dans les secteurs automobile et électronique, est parfaite pour la fabrication en grande série de pièces avec une qualité et une précision dimensionnelle constantes. La fonderie centrifuge et la fonderie en coquille offrent toutes deux des solutions distinctives pour des applications particulières.

Le choix du procédé de fonderie dépend des exigences particulières d'un projet. Chaque méthode de fonderie a son propre ensemble d'avantages et de limites.

En fin de compte, la variété des techniques de fonderie permet aux producteurs de produire efficacement des composants et des biens dans une variété de tailles, formes et matériaux, contribuant à la diversité et à l'innovation découvertes dans les industries du monde entier.

Les techniques de fonderie changeront probablement à mesure que la technologie et les matériaux se développeront, ouvrant de nouvelles opportunités pour la fabrication à l'avenir.

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FAQ

Quels sont les différents types de type casting ?

En programmation, le type casting est le processus de changement d'une variable ou valeur d'un type de données à un autre. C'est crucial pour permettre l'interprétation des données dans un logiciel puisque chaque forme de données a des traits et comportements uniques qui dictent comment elle doit être utilisée.

Comment fonctionne le processus de fonderie ?

Le métal fondu est versé dans un moule lors du processus de fabrication spécial de la fonderie, où il refroidit et se solidifie dans la forme requise. La capacité de cette méthode à produire des designs élaborés et des formes complexes à un coût comparativement bas la distingue des autres techniques de fabrication.

Quel est un exemple de fonderie ?

La fonderie est un processus de fabrication polyvalent qui produit une large gamme de produits pour diverses industries. Voici quelques exemples de produits de fonderie : Bouches d'incendie, utilisées pour les systèmes d'approvisionnement en eau. Équipement de lutte contre l'incendie tel que : bouches d'incendie, raccords et accessoires

Quelles sont les deux principales catégories de procédés de fonderie ?

La fonderie à modèle perdu et la fonderie à modèle permanent sont les deux sous-catégories principales du processus de fonderie contemporain. Le matériau du moule — tel que le métal ou le sable — et la technique de versement — telle que la gravité, le vide ou la basse pression — le décomposent davantage.

Pourquoi l'appelle-t-on « fonderie » (casting) ?

Tout a la même signification fondamentale, jeter. Vous lancez une ligne de pêche, une ombre, etc. Le terme « jeter » (throwing) a été remplacé par le synonyme « casting » pour verser du métal dans un moule. Par la suite, le terme a acquis une connotation plus large de façonnage, comme l'application de plâtre sur un membre fracturé.

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