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fonderie
Ensemble des opérations qui permettent d’obtenir une pièce métallique à partir d’un métal fondu par coulée dans un moule.
Le formage des métaux par coulée était pratiqué depuis plusieurs millénaires ; dans le Proche-Orient, en Mésopotamie et dans le bassin méditerranéen, on a retrouvé des objets en bronze et en cuivre coulés dans des moules en pierre et datant de 3 000 ans av. J.-C. Les opérations de fonderie se répartissent en deux groupes : — celles qui permettent la confection d’un moule : modelage ou préparation des modèles, préparation des sables, moulage ou confection du moule ; — celles qui sont relatives à l’élaboration du métal ou de l’alliage et qui ont pour but l’obtention de pièces ayant les qualités dimensionnelles, physiques et métallurgiques exigées : préparation des charges métalliques, fusion, coulée, opérations de finition (décochage, ébarbage), suivies éventuellement d’usinage et de traitement thermique.
Le moulage se pratique suivant deux procédés principaux.
Moulage en moule destructible
Le moule est fait en sable, et la coulée le rend inutilisable. Le sable employé est constitué par des produits extraits de carrières et dont les compositions varient avec le type de moulage et la nature de l’alliage à couler ; ils contiennent 70 à 85 p. 100 de silice, 5 à 15 p. 100 d’argile ou de silico-aluminates, 3 à 8 p. 100 d’impuretés (oxydes alcalins, chaux, magnésie, matières organiques, etc.) et 5 à 10 p. 100 d’humidité.
On utilise également des sables synthétiques. Suivant leur emploi et leur origine, les sables sont toujours additionnés d’agglomérants de nature et de proportions diverses tels que dextrine, farine, agglomérant argileux (bentonite), huiles siccatives (huile de lin), résines naturelles (brai, colophane) ou synthétiques (résine urée-formol). Ces mélanges complexes permettent d’obtenir des sables de qualités désirées et parfois contradictoires telles que : — la réfractairité, ou infusibilité, qui évite à l’empreinte de se désagréger ou de se déformer sous l’action brutale du métal en fusion, lors de la coulée ; — la plasticité, qui permet au sable d’épouser correctement le profil du modèle tout en conservant une bonne cohésion ; — la perméabilité, indispensable pour l’évacuation de l’air et des gaz lors de la coulée ; — la résistance mécanique, particulièrement appréciée pour la réalisation des noyaux soumis à des compressions lors du retrait du métal pendant la solidification.
Le moulage en sable à vert, économique, se pratique avec un moule en sable encore humide pour la confection de pièces de dimensions généralement moyennes. On remédie en partie à l’inconvénient de la faible résistance de ce matériau en le grillant superficiellement par passage d’une flamme. Dans le cas de pièces massives, le moulage s’effectue en sable étuvé, le moule étant chauffé en étuve vers 300 °C pour éliminer la majeure partie de l’humidité.
La confection du modèle, ou modelage, est une opération importante, car le modèle sert à pratiquer l’empreinte du moule dans laquelle sera coulée la pièce ; il doit reproduire la pièce finie tout en tenant compte des variations dimensionnelles (retrait) lors de la coulée, des réactions du métal avec le sable et des comportements du métal liquide, qui peuvent causer des défauts dans la pièce solidifiée. Les modèles économiques sont en bois ou en plâtre, mais, pour des moulages particuliers, on utilise de la cire ou des matières plastiques thermodurcissables ou thermoplastiques. Pour les moulages de grandes séries de pièces, surtout pour le moulage mécanique, on utilise des modèles métalliques (plaques modèles) en fonte, en bronze, en alliage léger ou en alliage fusible.
Les procédés de moulage en sable et procédés dérivés sont nombreux ; ils se distinguent par la dimension des pièces coulées, leur quantité, leur nature, leur complexité de forme et leurs tolérances dimensionnelles. Le moulage manuel se pratique pour des pièces volumineuses, de formes complexes et de petites séries, alors que le moulage mécanique, qui effectue les mêmes opérations que le moulage manuel, se fait à l’aide de machines spéciales (mouleuses, noyauteuses, décocheuses) pour la fabrication de pièces de grandes séries, ce qui permet une économie de main-d’œuvre, un gain de temps, une meilleure reproductibilité, une très grande précision. En revanche, il entraîne des frais plus élevés d’investissement de machines et d’outillages (plaques modèles).
Moulage à découvert ou en fosse
On l’emploie pour les pièces de grandes dimensions : une empreinte ouverte est pratiquée dans le sable, ce qui permet d’obtenir un profil désiré sur la face inférieure de la pièce, l’autre étant quelconque. Le procédé ancien de moulage en terre, économique mais peu précis, n’est conservé que pour la réalisation d’importants moulages en fonte tels que bâtis ou socles de machines.
