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Fonderie d'aluminium

La fonderie représente un domaine d'activité assez diversifié.

En complément de l'article qui lui est réservé, les lignes ci dessous traitent d'un type de fonderie parmi tant d'autres :
la fonderie de pièces en alliage d'aluminium (L'aluminium est un élément chimique, de symbole Al et de numéro atomique 13. C’est un élément important sur la Terre avec 1,5 % de la masse totale.) uniquement destinées aux prototypes et petites séries (aéronautique ou automobile (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un moteur. Ce véhicule est conçu pour le transport terrestre de personnes ou de marchandises, elle est équipée en...), par exemple).

Il se propose de détailler toutes les phases de la réalisation d'une pièce aéronautique (L'aéronautique inclut les sciences et les technologies ayant pour but de construire et de faire évoluer un aéronef dans l'atmosphère terrestre.) basée sur une fonderie (La fonderie est l'un des procédés de formage des métaux qui consiste à couler un métal ou un alliage liquide dans un moule pour reproduire, après...) par gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.), réalisée à partir d'un moulage sable (Le sable, ou arène, est une roche sédimentaire meuble, constituée de petites particules provenant de la désagrégation d'autres roches dont la dimension est comprise entre 0,063 et 2 mm.).

Choix d'un tel type de fonderie

La fonderie prototype est principalement une activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) de main (La main est l’organe préhensile effecteur situé à l’extrémité de l’avant-bras et relié à ce dernier par le poignet. C'est un organe destiné à saisir et...) d'œuvre. Les moules en sable sont réalisés à la main, la coulée est, elle aussi, manuelle. De ce fait, les pièces réalisées ont un coût beaucoup plus élevé que dans le cas d'une fonderie "série", beaucoup plus automatisée.

Ce type de fabrication est principalement utilisé :

  • Dans l'industrie aéronautique et dans l'armement, domaines dans lesquels les tailles des séries ne justifient pas une industrialisation poussée (En aérodynamique, la poussée est la force exercée par le déplacement de l'air brassé par un moteur, dans le sens inverse de l'avancement.) et où, par contre, les critères de qualité sont très élevés, nécessitant un soin dans la réalisation des pièces et une quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer...) non négligeable de contrôles tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) au long du processus de fabrication.
  • Dans l'industrie automobile, pour la réalisation de prototypes ou de pièces destinés à la compétition.
    Lorsque la fabrication d'un moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif qui déplace de la matière en apportant de la puissance. Il effectue ce...) passe au stade (Un stade (du grec ancien στ?διον stadion, du verbe ?στημι istêmi, « se tenir droit et ferme ») est un équipement sportif.) industriel, les pièces échappent complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou autocomplétion, est une fonctionnalité informatique permettant à l'utilisateur de limiter la quantité...) à ce type de fonderie pour être réalisés par d'autres procédés nécessitant des frais de mise en œuvre plus élevés mais permettant, sur des quantités "industrielles" de pièce, un coût de réalisation ramené à la pièce beaucoup plus faible.

Dans ce qui suit, on suivra plus particulièrement le cas des pièces aéronautiques, de l'appel d'offre jusqu'à la livraison des pièces.

Qualité

Une fonderie prototype est tenue de justifier auprès de ses clients d'un système de management de la qualité compatible avec leurs exigences.
Les principales fonderies prototype sont certifiées ISO 9001: 2000 (dans le passé (Le passé est d'abord un concept lié au temps : il est constitué de l'ensemble des configurations successives du monde et s'oppose au futur sur une...) ISO 9002 ) ; cependant, les donneurs d'ordre de l'aéronautique demandent de plus en plus à leurs fournisseurs de s'orienter vers le référentiel particulier à cette branche : EN 9100. Si peu de clients aujourd'hui exigent le certificat correspondant à cette norme (Une norme, du latin norma (« équerre, règle ») désigne un état habituellement répandu ou moyen considéré le plus souvent comme une règle à suivre. Ce terme générique...), ils vérifient néanmoins que l'organisation (Une organisation est) de leurs fournisseurs va dans ce sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une évolution progressive allant du...).

Conception, appel d’offre

Consultations

De plus en plus souvent, les donneurs d'ordre souhaitent n'avoir qu'un seul interlocuteur pour une pièce donnée (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.). S'il s'agit d'une pièce basée sur une fonderie, ils s'adressent souvent au fondeur qui devra fournir :

  • L'outillage (le modèle de fonderie),
  • la fonderie,
  • l'usinage de cette fonderie et
  • le traitement de surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent...) éventuel.

Si le donneur d'ordre s'adresse (Les adresses forment une notion importante en communication, elles permettent à une entité de s'adresser à une autre parmi un ensemble d'entités. Pour...) de préférence au fondeur pour l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout »,...) de cette prestation (qu'il pourrait aussi bien confier au modeleur ou à l'usineur), c'est principalement parce que l'outillage, qui reste la propriété du client (Le mot client a plusieurs acceptations :), sera conservé à la fonderie.

Plusieurs fondeurs vont donc recevoir un plan ou, de plus en plus, une définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la division entre les définitions réelles et les définitions nominales.) numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information ayant été quantifiée et échantillonnée, par opposition à une information dite « analogique »...) réalisée en CAO, le plus souvent sous CATIA, de la pièce finie. C'est à partir de cet élément, du cahier des charges (Un cahier des charges est un document visant à définir exhaustivement les spécifications de base d'un produit ou d'un service à réaliser. Outre les spécifications de base, il décrit ses modalités d'exécution. Il définit aussi les...) et d'une prévision de quantité, qu'il va chiffrer la fourniture. Il va donc à son tour consulter les modeleurs et les usineurs qui, eux-mêmes, consulteront les fournisseurs de traitement de surface afin de présenter une offre de prix la plus complète possible.

Etude de moulage

Lorsque l'offre est retenue, le responsable technique de la fonderie se rend généralement au bureau d'études du client, afin de participer à l'étude de moulage.

Dans cette phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :), sont définies notamment les surépaisseurs d'usinage et le dessin de certaines parties "non fonctionnelles" de la pièce peut être légèrement modifié afin de faciliter le moulage.

C'est dans cette phase que seront définis les plans de joint (limite entre deux parties de l'outillage de fonderie), les différentes boîtes à noyaux et leurs portées, ainsi que le sens de moulage.

Ces points sont très importants pour obtenir la qualité spécifiée et c'est pourquoi l'intervention du fondeur qui apporte son savoir-faire en complément des besoins du client est importante dans cette phase de l'étude.

Le modèle

type de modèle, réalisation

Lors de l'étude de moulage, on aura défini le type de modèle à réaliser :

  • Modèle nature
  • Modèle sur plaques modèle
  • Modèle en caissons

Dans tous les cas, le modèle en lui-même est une "maquette" grandeur nature (et même un peu plus compte tenu du retrait *) des formes extérieures de la pièce. Si le plan de joint est plan (au sens géométrique du terme), on fabrique généralement deux demi-modèles qui s'assemblent suivant ce plan de joint. Souvent, chacun de ces demi-modèles est fixé sur une plaque modèle qui comporte des bagues de centrage et s'adapte sur une machine à mouler. Cette technique s'utilise principalement pour le moulage au "sable à vert (Le vert est une couleur complémentaire correspondant à la lumière qui a une longueur d'onde comprise entre 490 et 570 nm. L'œil humain possède un récepteur, appelé cône M, dont la bande passante est axée sur cette...)" ou sable noir, qui est un sable silico-argileux.

Dans d'autres cas et, quelle que soit la forme du plan de joint, on peut mettre les demi-modèles dans des caissons qui serviront directement de moule pour le sable à prise chimique (siliceux).
Dans des cas simples, on conserve le modèle nature, sans le fixer sur plaque ni dans des caissons. Un tel outillage sera moins onéreux mais le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) de moulage sera plus important; il y a donc un compromis à faire entre le coût de l'outillage et celui de la pièce moulée.

Les parties creuses intérieures ou certaines parties extérieures en contre-dépouille nécessitent la réalisation de boîtes à noyaux. Ces boîtes permettront de réaliser des noyaux en sable qui viendront s'ajouter aux deux parties du moule afin de réaliser ces formes.

Traditionnellement en bois et taillé à la main, le modèle est maintenant réalisé de plus en plus souvent en résine taillée sur commande (Commande : terme utilisé dans de nombreux domaines, généralement il désigne un ordre ou un souhait impératif.) numérique. Dans certains cas, pour des prototypes, on utilise des modèles en stéréolithographie ou des modèles à usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) unique en polystyrène.

La réalisation du modèle et des éventuelles boîtes à noyaux est confiée au modeleur.

* Le retrait a lieu lors du refroidissement du métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des cations et former des liaisons métalliques ainsi que des liaisons ioniques dans...). Il est de l'ordre de 1,2% dans le cas de la fonderie sable par gravité avec les alliages courants, c’est-à-dire que si l'on veut obtenir une pièce de 1 mètre (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international (SI). Il est défini, depuis 1983, comme la distance parcourue par la lumière dans le...) de long, le modèle mesurera 1,012 m.

Equipement du modèle

Lorsque la fonderie reçoit un nouveau modèle, la première opération consiste à y matérialiser

  • la position des coulées et leur nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».), les canaux de coulée (destinés à alimenter correctement et régulièrement la pièce lors de la coulée),
  • la position des filtres, ainsi que
  • la position et la forme des masselottes et évents.

De ces positionnements et de la nature de ces appendices de coulée dépendra en grande partie la santé (La santé est un état de complet bien-être physique, mental et social, et ne consiste pas seulement en une absence de maladie ou d'infirmité.) matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide,...) de la pièce, c’est-à-dire l'absence de défauts dus

  • à des turbulences lors de la coulée,
  • à un refroidissement mal contrôlé ou encore
  • à des impuretés entraînées par la coulée (sable, alumine, etc.).

Ces points étant précisés, un premier moule est réalisé, dans lequel ces appendices sont généralement taillés à la main et une (parfois plusieurs) pièce type est réalisée.

Si la pièce type donne satisfaction, le modèle est équipé, c’est-à-dire qu'on lui ajoute les dispositifs ci-dessus. Il s'agit souvent de parties démontables lors du démoulage (qui consiste à sortir le modèle, et non la pièce, du moule). Cet équipement du modèle permettra de garantir la répétabilité et la reproductibilité (La reproductibilité d'une expérience scientifique est une des conditions qui permet d'inclure les observations réalisées durant cette expérience dans le processus d'amélioration...) des pièces coulées par la suite.

Un modèle ainsi équipé et les différentes boîtes à noyaux qui l'accompagnent est généralement désigné par le terme Outillage de fonderie. Cependant, dans le langage courant, on emploie parfois l'expression modèle pour désigner l'ensemble de l'outillage de coulée.

Conservation / Restitution du modèle

L'outillage de fonderie décrit ci-dessus, à l'exception des équipements de coulée, appartient au client. Il est identifié comme tel, avec un numéro d'identification et des plaques de propriété.
Si quelques rares clients préfèrent que l'outillage leur soit rendu (Le rendu est un processus informatique calculant l'image 2D (équivalent d'une photographie) d'une scène créée dans un logiciel de modélisation 3D comportant à la fois des objets et des sources de lumière et vue...) lors de la livraison des pièces, dans le cas général il est conservé à la fonderie pour une utilisation ultérieure.

Le modèle, nature, monté sur plaques ou en caissons, ainsi que les boîtes à noyaux, appartiennent au client.
Par contre, les équipements de coulée qui y ont été ajoutés sont la propriété de la fonderie qui les a réalisés.
D'ailleurs, si une autre fonderie était amenée ultérieurement à produire les mêmes pièces, elle n'équiperait probablement pas le modèle de la même manière, certaines parties de cet équipement tenant compte des spécificités propres à chaque fonderie.

De ce fait, en cas de demande de restitution de modèles par un client, la fonderie qui les détient est en droit de démonter ces équipements avant d'expédier les modèles. Cependant, cette mesure est rarement appliquée.

Le moule

Le moule, en sable, est réalisé à partir de l'outillage décrit ci-dessus. Il se compose d'un fond de moule, d'un dessus de moule, et suivant les cas, d'un ou plusieurs noyaux.

Si l'outillage de fonderie (le modèle) est permanent, il n'en est pas de même du moule qui sera cassé pour en extraire la pièce réalisée. On fabriquera donc autant de moules que de pièces à produire.

Deux types de sable peuvent être utilisés :

Moulage au sable silico-argileux dit sable noir ou "sable à vert "

Moule en sable à verre.Dans le cas de cette photo, on fabrique 4 pièces différentes à partir de la même coulée.Les demi modèles de chacune de ces 4 pièces sont réunis sur la même paire de plaques modèle.Pour trois de ces pièces, on ajoute un noyau (cylindre ocre sur la photo).Le fond de moule, équipé de ses noyaux, est à droite de la photo, il est muni de ses deux broches de positionnement.On voit la coulée au milieu du dessus de moule; les masselottes ou évents, réalisés généralement à la main par le mouleur, n'ont pas encore été taillés.
Moule en sable à verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile (cassant) et transparent au rayonnement visible. Le plus souvent, le verre est constitué d’oxyde de silicium (silice SiO2) et de...).
Dans le cas de cette photo, on fabrique 4 pièces différentes à partir de la même coulée.
Les demi modèles de chacune de ces 4 pièces sont réunis sur la même paire (On dit qu'un ensemble E est une paire lorsqu'il est formé de deux éléments distincts a et b, et il s'écrit alors :) de plaques modèle.
Pour trois de ces pièces, on ajoute un noyau (cylindre ocre sur la photo).
Le fond de moule, équipé de ses noyaux, est à droite de la photo, il est muni de ses deux broches de positionnement.
On voit la coulée au milieu du dessus de moule; les masselottes ou évents, réalisés généralement à la main par le mouleur, n'ont pas encore été taillés.

C'est la méthode la plus traditionnelle et la moins onéreuse.

Le terme officiel est bien " sable à vert " et non sable à verre, mais l'origine de ce terme semble inconnue.

Elle s'applique principalement aux modèles montés sur plaques modèle et peut être aussi utilisée pour les modèles nature, en bois ou en résine.

Le sable est principalement composé de silice et d argile (L'argile (nom féminin) est une roche sédimentaire, composée pour une large part de minéraux spécifiques, silicates en général d'aluminium plus ou moins...), il est directement réutilisable après avoir été convenablement humidifié, aéré et tamisé. L’argile humidifiée sert de liant entre les grains de silice de granulométrie bien précise, par enrobage de ces grains. Il est de couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) brun-jaune lorsqu'il est neuf, mais il se colore très rapidement en noir au contact du métal chaud, d'où l'appellation de sable noir.

Les deux parties principales du moule, le fond et le dessus, sont maintenues par des châssis (Un châssis est un cadre rigide ou mobile fait d'une matière résistante, destiné à entourer ou supporter quelque chose.), généralement en aluminium, qui comportent des douilles de centrage dans lesquelles on introduit des broches afin d'assurer le positionnement des deux demi moules.

Par contre, les éventuels noyaux sont réalisés en sable à prise chimique. Lors du décochage, il est important d'éliminer ces noyaux et de ne pas mélanger le sable (siliceux) dont ils sont composés au sable noir qui sera réutilisé.

Aujourd'hui, cette méthode est principalement utilisée pour des pièces de formes simples et pour laquelle les épaisseurs de toiles (parties minces de la pièce) sont relativement importantes.

L'état de surface (la peau (La peau est un organe composé de plusieurs couches de tissus. Elle joue, entre autres, le rôle d'enveloppe protectrice du corps.) de la pièce) est caractéristique de la fonderie traditionnelle, même si l'on prend soin d'y ajouter des agents de surface.

Moulage au sable à prise chimique

La technique du sable à prise chimique permet plus de précision que le sable noir et donne un meilleur aspect de peau de pièce.
On peut obtenir, avec ce procédé, des toiles beaucoup plus fines.

Elle s'applique principalement aux modèles montés en caissons et peut être aussi utilisée pour certains modèles nature en bois ou en résine ainsi que pour les modèles en stéréolithographie et en polystyrène qui, eux, ne sont pas moulables au sable noir.

Par contre, le sable n'étant pas réutilisable en l'état, le coût des pièces ainsi moulées est plus élevé.

Il s'agit, cette fois, d'un sable siliceux, tamisé, lavé et séché. On y adjoint, peu de temps avant la réalisation du moule, des résines (polyuréthanes par exemple) et un catalyseur (En chimie, un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d'une réaction chimique ; il participe à la réaction mais il ne fait partie ni des produits, ni des réactifs et n'apparaît donc pas dans l'équation-bilan de...).
La durée de vie (La vie est le nom donné :) de ce sable (durée pendant laquelle on peut le travailler pour réaliser le moule) varie en fonction de la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud, provenant du...) ambiante et de la concentration en catalyseur.
On règle cette durée de vie à une valeur de l'ordre de 5 minutes ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un acte. Cartographie géologique ; la minute de terrain est la carte...) en dosant ce catalyseur. Il existe plusieurs types de résines, comme la " Furanique " ou le " PEP-SET ", par exemple.

Le sable et les composants liquides (résine et catalyseur) peuvent être mélangés, après dosage (En chimie analytique, le dosage est l'action qui consiste à déterminer la quantité d'une substance précise (l'analyte) présente dans une autre ou dans un mélange (la matrice).), dans un simple malaxeur, mais l'utilisation d'un malaxeur à vis rapide muni de pompes doseuses permet de produire uniquement la quantité de sable nécessaire à chaque moule, avec une grande précision dans les proportions du mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de l'opération est une...).

Contrairement au sable noir (dit aussi "sable à vert"), le moule ne nécessite pas de châssis. Ce sont les bords des caissons, comportant une dépouille suffisante pour faciliter le démoulage, qui vont déterminer la forme extérieure du moule.
Aucune pièce de maintien latéral n'est nécessaire lors de la coulée.
Par contre, il sera souvent nécessaire de charger le dessus de moule (lingots de plomb (Le plomb est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Pb et de numéro atomique 82. Le mot et le symbole viennent du latin plumbum.), par exemple) lors de la coulée pour que la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) du métal dans le moule ne le fasse pas remonter.

Le métal

Les alliages

La fonderie n'élabore pas elle-même ses alliages, elle achète en lingots les nuances qu'elle est amenée à utiliser. Cependant, lors de la fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état liquide. Pour un corps pur, c’est-à-dire pour une substance constituée de molécules toutes identiques,...), il est nécessaire de contrôler la composition du métal et d'effectuer quelques ajustements compte tenu de la perte au feu (Le feu est la production d'une flamme par une réaction chimique exothermique d'oxydation appelée combustion.).

Par exemple, le magnésium (Mg) qui entre dans la composition de nombreux alliages a tendance à s'évaporer aux températures de fusion usuelles (bien qu'elles soient nettement inférieures à sa température de vaporisation). Il est nécessaire de compenser cette perte avant de couler :

Le fondeur réalise donc, lorsque son métal est en fusion, une éprouvette de spectrométrie qui est immédiatement analysée.
Des résultats de cette analyse et du poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la Terre sur un corps massique en raison uniquement du voisinage de la...) de métal contenu dans le four (Un four est une enceinte maçonnée ou un appareil, muni d'un système de chauffage puissant, qui transforme, par la chaleur les produits et les objets. En cuisine, il permet de cuire des aliments. Dans un processus de production...), découle la quantité de magnésium à ajouter pour atteindre le milieu de la fourchette de spécifications de l'alliage (Un alliage est une combinaison d'un métal avec un ou plusieurs autres éléments chimiques.) concerné. Généralement, ce n'est pas du magnésium pur qui est ajouté mais un alliage-mère comme l'AG20 qui contient 20% de magnésium et 80% d'aluminium.

Une fois le mélange effectué, l'alliage affiné et dégazé ; on réalise une seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde...) éprouvette pour vérifier l'effet de la correction.
Si les résultats d'analyse de cette seconde éprouvette sont conformes, les pièces peuvent être coulées et ce sont ces résultats qui seront inscrits sur le cahier de coulées ainsi que sur les certificats de conformité qui seront remis au client avec ses pièces.

Pour des pièces techniques, on n'utilise généralement que du métal de "première fusion", c’est-à-dire des alliages élaborés avec des matières premières neuves. Néanmoins des pièces très élaborées telles les culasses de moteur de véhicules à moteur peuvent être coulées avec des alliages de "deuxièmes fusion" soit des alliages composés de métaux de récupération soigneusement triés ; principalement pour les pièces série (fonderie sous pression).

Pour plus de détails, voir l'article Alliages d'aluminium pour fonderie.

Les fours

Différents moyens de chauffage (Le chauffage est l'action de transmettre de l'énergie thermique à un objet, un matériau.) des fours de fusion sont utilisables : le gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz tend à occuper tout le...), le fuel, le coke et l'électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la matière, se manifestant par une énergie. L'électricité désigne également la branche de la physique qui étudie les phénomènes...) notamment.

Dans tous les cas, le four est composé de matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) réfractaires permettant de l'isoler du milieu ambiant, et contient un creuset en graphite.

Ce creuset est rempli de lingots et de jets, puis porté à une température supérieure à la température de fusion de l'alliage qu'il contient. La régulation (Le terme de régulation renvoie dans son sens concret à une discipline technique, qui se rattache au plan scientifique à l'automatique.) de température est effectuée à l'aide de thermocouples placés dans la chambre de chauffe, entre les résistances (cas d'un four électrique) et le creuset. La température de cette chambre est légèrement supérieure à celle du métal contenu dans le creuset.

Pour le moulage sable de pièces en aluminium, le creuset n'est pas sorti du four lors de la coulée, mais le métal est prélevé à la louche dans ce dernier.

Souvent, les fours de fusion sont en partie enterrés afin que l'on puisse plus facilement prélever le métal avec les louches.

Dans tous les cas, on ménage une fosse sous le four et un canal en bas du four afin de recueillir le métal en cas de rupture du creuset. Cette fosse est souvent appelée "la cave ( Une cave (architecture) est une pièce en sous-sol servant de lieu de stockage Une cave à vin est utilisée pour entreposer des bouteilles de vin Cave est une commune italienne de la province de Rome Cave est une...)", en langage de fondeur lorsqu'on dit "mon métal a coulé à la cave", cela signifie qu'un creuset a lâché. Ce genre d'accident, bien que rare, peut arriver. Si le four a été bien conçu, il se répare en remplaçant le creuset, et parfois en remplaçant aussi quelques résistances détruites par le métal en fusion qui peut avoir coulé dessus. Afin d'éviter ce genre d'incident, on détermine généralement une périodicité de remplacement des creusets, qui sont considérés, dans une fonderie, comme des pièces d'usure.

La coulée

Lorsque le métal est prêt, c’est-à-dire lorsque :

  • la température de coulée est atteinte et contrôlée (cette température dépend de l'alliage et des formes de la pièce à réaliser),
  • la composition, notamment la teneur en magnésium, est conforme (voir : "Les alliages"),
  • le dégazage a été effectué et contrôlé,

on peut couler les pièces.

Dans le cas des pièces prototypes ou petites séries coulées par gravité (par opposition à la coulée sous pression), la coulée s'effectue à la louche.

Un ou plusieurs opérateurs, car certaines pièces se coulent par plusieurs coulées simultanées (sur le moule en sable à prise chimique photographié plus haut, par exemple, on coule à deux), vont puiser le métal en fusion dans le four avec des louches préalablement chauffées à la chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !) du four. Dans le cas où il y a plusieurs coulées simultanées, les différents opérateurs doivent verser le métal simultanément dans les orifices de coulée, sous peine de créer un défaut appelé "reprise de coulée" qui risquerait de fragiliser la pièce. L'absence d'un tel défaut sera contrôlée ultérieurement par contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) visuel ou par ressuage.

Dans le cas de certaines grosses pièces, on utilise des poches de coulées, que l'on peut manipuler au pont (Un pont est une construction qui permet de franchir une dépression ou un obstacle (cours d'eau, voie de communication, vallée, etc.) en passant par-dessus...) roulant ou au chariot élévateur (Un chariot élévateur est un engin de manutention destiné au transfert de charges dans les usines ou les halles de stockage. Ses domaines d'activité sont principalement la reprise des produits...). Les poches sont préalablement chauffées puis remplies à la louche, et c'est à partir de ces poches, montées sur support pivotant et généralement munies d'un volant de manœuvre, que l'on coule la pièce.

A la surface du métal en fusion contenu dans les louches ou les poches, il se forme, au contact de l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec...), une peau d'alumine qui ne doit pas être entraînée dans la pièce. On procède donc, juste avant de couler la pièce, à un "écrémage" qui consiste à éloigner cette peau d'alumine du bec (Un bec, au sens strict, est une structure anatomique externe qui permet la prise alimentaire et donc la nutrition chez les oiseaux. Mais il permet aussi...) de la louche ou de la poche, à l'aide d'une spatule en acier (L’acier est un alliage métallique utilisé dans les domaines de la construction métallique (voir aussi l’article sur la théorie du soudage de l’acier) et de la construction...). Si une petite quantité de ces peaux d'alumine arrive à passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques Brisson (1723-1806) en 1760.), les filtres, généralement en toile de verre, que l'on aura pris la précaution d'insérer dans le moule au niveau des canaux de coulée suffiront à l'arrêter.

On remplit totalement le moule en une seule fois jusqu'à ce que le métal remonte par les masselottes et affleure la partie supérieure du moule. Il est donc important de choisir la taille des louches ou des poches en fonction du "poids de la grappe" (poids de la pièce et de ses différents appendices de coulée).

Le décochage

Le décochage est l'opération qui consiste à séparer la (les) pièce(s) que l'on vient de couler, de leur moule. Il s'agit donc de casser le moule.

Cette opération peut être effectuée dès que le métal s'est solidifié, ce que l'on vérifie en constatant que le haut des masselottes est figé (les masselottes sont calculées pour conserver une température plus élevée que la pièce, afin d'alimenter celle-ci en métal lors du retrait qui a lieu au moment du refroidissement).

Il peut être plus ou moins automatisé (tables vibrantes), mais en ce qui concerne la fonderie de prototypes, il est souvent effectué manuellement.

Alors que le décochage des pièces moulées en sable noir s'effectue facilement, celui des pièces moulées en sable à prise chimique nécessite l'emploi d'instruments allant du petit marteau (marteau peut faire référence à :) au gros marteau-burineur électrique ou pneumatique.
Lors de l'utilisation de tels outils, tout contact de la pointe du marteau-burineur avec la pièce est fatal pour cette dernière.
Le manœuvre chargé de cette opération va donc toujours assister à la fabrication des moules pour situer les endroits où il pourra piquer lors du décochage.

Le sable noir étant réutilisé, il y a lieu d'éliminer, après décochage, les éventuels noyaux en sable à prise chimique que le moule contenait.

Le sable à prise chimique peut être recyclé, si la consommation de la fonderie le justifie (installation lourde et coûteuse), souvent, les petites fonderies prototype n'en sont pas équipées et éliminent ce sable suivant le circuit des DIB (en France).

L'ébarbage

L'ébarbage est l'opération qui consiste à séparer la pièce des différents appendices de coulée, ainsi qu'à supprimer les traces et bavures éventuelles qui peuvent survenir, notamment au niveau du plan de joint ou de la liaison entre le moule et le(s) noyau(x).

L'ébarbage commence donc à la scie (Une scie est un outil destiné à couper le bois ou d'autres types de matériaux, constituée d'une lame dentée et actionnée par diverses moyens tels que la main, l'électricité, l'eau, etc.) à ruban, où l'on sépare grossièrement la pièce des appendices de coulée. Il se poursuit ensuite à l'aide de différents outils allant de la ponceuse à bande aux micro-fraises entraînées par des mini-meuleuses pneumatiques.

Pour effectuer ces opérations, l'ébarbeur doit connaître le plan de la pièce afin de ne pas "rentrer dedans", c’est-à-dire éliminer des parties fines qui font partie intégrante de la pièce. Il est souhaitable aussi qu'il sache quelles parties seront usinées et quelles sont les valeurs des surépaisseurs d'usinage. Souvent, les clients fournissent un croquis indiquant ces surépaisseurs.

Les traitements thermiques

Les traitements thermiques sont destinés à améliorer les caractéristiques mécaniques des pièces obtenues en fonderie d'aluminium. Bien que l'on pense souvent à l'acier lorsque l'on parle de traitement thermique (Le traitement thermique d'une pièce consiste à lui faire subir des transformations de structure grâce à des cycles prédéterminés de chauffage et de refroidissement afin d'en améliorer les caractéristiques...), les alliages d'aluminium peuvent être, eux aussi, trempés, et c'est généralement le cas des pièces techniques.

Suivant le type d'alliage, les traitements les plus courants sont :

  • Mise en solution, trempe (La trempe ou trempage est un traitement thermique consistant en un refroidissement rapide d'un matériau pour obtenir des propriétés mécaniques particulières. On applique ce traitement...) à l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.), revenu ou
  • Mise en solution, trempe à l'eau, maturation.

mais d'autres traitements plus spécifiques peuvent être réalisés suivant les caractéristiques recherchées.

Compte tenu des déformations que peut engendrer la trempe, il est souvent nécessaire d'effectuer un redressage dans les quelques heures (L'heure est une unité de mesure  :) qui suivent cette dernière (et avant revenu). Cette opération doit être rapidement effectuée, sous peine de devenir impossible à cause du phénomène de maturation.

Pour plus de détail, voir les articles alliages d'aluminium pour fonderie, traitement thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des transferts de chaleur suivant différents phénomènes...) et plus particulièrement trempe, cas des alliages d'aluminium.

Les finitions

Le sablage

Le sablage est un traitement de surface qui, en fonderie, à plusieurs buts :

  • Il lisse les rayures dues à l'ébarbage et améliore l'aspect de la pièce,
  • les impacts provoquent une déformation plastique (La déformation plastique est la déformation irréversible d'une pièce ; elle se produit par un réarrangement de la position des atomes.) et modifie donc la surface (écrouissage, création de contraintes de compression),
  • il décape et peut enlever une couche superficielle fragile. Il participe ainsi au contrôle de la pièce en accentuant certains défauts de surface éventuels qui, après sablage, deviennent facilement détectables à l'oeil nu.

Initialement, le sablage consistait à projeter du sable à la surface de la pièce, à l'aide d'air comprimé (L'air comprimé est de l'air ambiant, mis sous pression avec un compresseur, le plus souvent aux alentours de 10 bars mais parfois jusque 300 bars.). De nos jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par...), le sable est de plus en plus souvent remplacé par des grains de corindon qui ont un meilleur pouvoir abrasif (Un abrasif est une matière extrêmement dure, qui use d'autres matériaux plus tendre que cette matière. On emploie par exemple des grains abrasifs recouvrant...).

A l'échelle industrielle, le sablage nécessite des installations spécialement conçues. Souvent, les petites fonderies sous-traitent cette activité, bien qu'elles soient généralement équipées d'une petite cabine (Sur un bateau, une cabine désigne une pièce d'habitation pour une ou plusieurs personnes. Une cabine peut prendre plusieurs aspects : sur un...) dite "boîte à gants" permettant de faire des retouches éventuelles ou bien de sabler (Sabler consiste littéralement à saupoudrer de, ou projeter du sable. Le résultat de l'opération est un sablage.) quelques pièces urgentes (comme les pièces types, par exemple).

L'usinage

Une pièce de fonderie est rarement une pièce finie directement utilisable mécaniquement. En effet, les tolérances dimensionnelles de fonderie sont de l'ordre de plus ou moins 0,5mm et l'état de surface permet difficilement les assemblages. Les pièces de fonderie sont donc en partie usinées (tournage, fraisage (Le Fraisage est un procédé d'usinage par enlèvement de matière. Il se caractérise par le recours à une machine-outil : la fraiseuse. L'outil classiquement utilisé est la...), usinages sur centres d'usinage à commande numérique) ; mais certaines parties "non fonctionnelles mécaniquement" restent brutes.

L'usinabilité de l'aluminium pur est très mauvaise, mais ce métal est extrêmement rarement utilisé pour des pièces mécaniques basées sur des fonderies et les alliages contiennent des éléments d'addition (L'addition est une opération élémentaire, permettant notamment de décrire la réunion de quantités ou l'adjonction de grandeurs...) qui améliorent cette caractéristique. Les alliages aluminium-silicium sans adjonction de cuivre s'usinent relativement mal à l'état Y20 ou Y30 (SF ou KF), mais les traitements thermiques (trempe-revenu principalement) améliorent considérablement leur aptitude à l'usinage.

La protection

Les parties non usinées, ou dans certains cas la totalité de la pièce, nécessitent souvent un traitement de surface.

La peinture est une des plus "simples" de ces protections, mais uniquement pour les parties non usinées.

Le plus souvent, les pièces en alliage d'aluminium sont protégées par oxydation anodique (ou anodisation). Ce traitement protège aussi bien les parties usinées que celles qui sont brutes de fonderies.

Dans des cas particuliers, d'autres traitements peuvent aussi être appliqués comme, par exemple, le cadmiage-bichromatage. L'épaisseur d'un tel traitement est de l'ordre de 7 micromètres.

Les contrôles et les documents d'accompagnement

Un certain nombre de contrôles ont déjà été évoqués ci-dessus, d'autres non. Certains contrôles sont effectués avant coulée, d'autres sur les pièces en cours de fabrication ou terminées. De plus, quelques documents sont associés aux principaux contrôles.

En plus des contrôles formalisés, chaque opérateur (Le mot opérateur est employé dans les domaines :) pratique, sur les pièces qui passent entre ses mains, un autocontrôle qui peut, dans certains cas, être lui aussi formalisé.

Enfin, les pièces types sont sujettes à des contrôles plus poussés que les fabrications qui suivront.

Contrôles avant coulée des pièces

Le contrôle des matières premières principales d'une fonderie (aluminium, sable et résines) nécessite des moyens très spécifiques. Souvent, les fonderies d'aluminium travaillent en convention de délégation de contrôle (ou en "assurance qualité") avec leurs fournisseurs de matières premières. Cela veut dire qu'ils ont audité ces fournisseurs au niveau des contrôles qu'ils effectuent sur leurs produits avant de les livrer (procédures, qualification des moyens de mesure, etc.) et qu'ils ont confiance dans les résultats communiqués par ces derniers.

A réception, le contrôle se limite donc à une vérification quantitative et à un examen des documents (certificats, bulletins d'analyse, procès verbaux de conformité*, déclaration de conformité*) qui accompagnent la livraison. Ces documents sont soigneusement archivés pour assurer la traçabilité des pièces que la fonderie livrera à ses clients.

Ces principaux documents sont :

  • Analyse chimique (spectrométrie) des alliages d'aluminium,
  • Résultats granulométriques du sable de fonderie,
  • Bulletin d'analyse des résines destinées à la prise chimique du sable.

* La principale différence entre une déclaration de conformité et un procès verbal (P.V.) de conformité est la suivante :

=> une déclaration de conformité est un document (Dans son acception courante un document est généralement défini comme le support physique d'une information.) établi suivant une norme, qui indique que le produit contrôlé est conforme à une spécification donnée (Dans les technologies de l'information, une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction, d'un événement, etc.). Ce document ne contient pas de mesures sur le produit, mais décrit parfaitement les conditions du contrôle mis en œuvre et les normes ou spécifications appliquées ;
=> un P.V. de conformité est un document qui indique les mesures obtenues sur le produit contrôlé et les spécifications correspondantes, on l'utilise, par exemple, pour une analyse chimique.

Contrôles lors de la coulée (ou sur échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou d'une solution. Le mot est utilisé dans différents...) coulé à part)

Certains des contrôles cités ci-dessous ont déjà été évoqués au chapitre "Le métal". Les documents évoqués dans ce chapitre sont :

  • Le cahier de coulée, qui est un document interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet...) à la fonderie, mais peut être montré au client en cas d'audit. Si traditionnellement, il s'agissait effectivement d'un cahier, aujourd'hui, il est souvent remplacé par un document informatique (L´informatique - contraction d´information et automatique - est le domaine d'activité scientifique, technique et industriel en rapport avec le traitement automatique de l'information par des machines...) (fichier Excel par exemple). Ce choix nécessite une politique de sauvegarde (En informatique, la sauvegarde (backup en anglais) est l'opération qui consiste à dupliquer et à mettre en sécurité les données contenues dans un système...) des données informatiques très stricte, car ce document est essentiel pour la traçabilité des pièces.
  • Le P.V. de conformité matière qui accompagne chaque livraison et est, en réalité, un extrait du cahier de coulée concernant les pièces livrées.

La spectrométrie

C'est le premier de ces contrôles ; elle donne la composition chimique de l'alliage. Ce contrôle est essentiel bien que l'on dispose déjà de l'analyse chimique des lingots. En effet, elle permet notamment de s'assurer que le métal en fusion (qui est obtenu à partir de lingots et de jets) est toujours conforme aux spécifications.

Principe :
Lorsque le métal est fondu, on coule une éprouvette qui, après surfaçage, est disposée sur le spectromètre (Un spectromètre est un appareil de mesure permettant d'étudier de décomposer une quantité observée — un faisceau lumineux en spectroscopie, ou bien un mélange de molécules par exemple en spectrométrie de masse — en ses éléments...). Cet appareil produit, sous gaz neutre (Argon), une étincelle entre une électrode et l'échantillon. L’étincelle émet une lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est intimement liée à la...) constitué d’un ensemble de plusieurs longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de...) d’ondes. Les longueurs d’onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière.) du rayonnement électromagnétique (Un rayonnement électromagnétique désigne une perturbation des champs électrique et magnétique.) étant caractéristique des éléments constitutifs de l’alliage. Après diffraction (La diffraction est le comportement des ondes lorsqu'elles rencontrent un obstacle qui ne leur est pas complètement transparent ; le phénomène peut être interprété par la diffusion d'une...), les différentes longueurs d’onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie...) se présentent sous forme de raies (application de la loi de Bragg). Les différentes raies de cette étincelle sont comparées aux raies de référence des éléments à mesurer et ces données sont collectées sur un micro-ordinateur qui affiche la composition chimique du métal.
Afin d'obtenir des mesures fiables, l'ensemble (spectromètre + ordinateur) doit être régulièrement recalibré à l'aide d'échantillons homogènes de composition connue (livrées avec l'appareil).
On peut aussi utiliser des échantillons certifiés, de composition proche des éprouvettes à analyser, afin de vérifier la fiabilité (Un système est fiable lorsque la probabilité de remplir sa mission sur une durée donnée correspond à celle spécifiée dans le cahier des...) de la mesure.

La mesure est très ponctuelle ; de ce fait, pour plus de précision sur le résultat, on effectue un minimum de trois tirs sur l'échantillon et on prend en compte la moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des membres de l'ensemble s'ils...) de ces tirs.

Une première éprouvette est mesurée afin de calculer les corrections éventuelles à apporter au métal puis, après corrections et juste avant de couler les pièces, une seconde éprouvette est réalisée et analysée.
Ce sont les résultats obtenus sur cette seconde éprouvette qui figureront sur le cahier de coulée et sur les PV. de conformité matière remis avec les pièces.

Le "Porotec" et le "Qualiflash"

POROTEC : Lors de la fusion, le métal à tendance à "dégazer", c’est-à-dire que certains composants ont tendance à se libérer sous forme de bulles très fines.

Le Porotec (du nom de l'appareil de contrôle généralement utilisé) est utilisé pour contrôler le dégazage :

On coule une petite quantité de métal dans un mini (MINI est une marque automobile de BMW Group. L'ancien modèle Mini était construit par MG Rover.) creuset en acier, et l'on met ce métal à figer sous vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.), ce qui a pour effet de dilater les éventuelles bulles de gaz présentes dans le métal liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.). Si le métal est très mal dégazé, on observe déjà un dégagement à la surface de l'échantillon pendant son refroidissement.

On coupe ensuite cet échantillon en deux et on observe la coupe à l'oeil nu sous éclairage ambiant.

Aucune bulle ne doit être visible.

QUALIFLASH : Pour les alliages d'aluminium, le Qualiflash permet de mesurer la quantité d'oxydes dans le bain liquide avant la coulée.

Le principe de l'appareil est le suivant : une quantité dosée (4 kg) d'alliage liquide est versé dans un moule métallique préchauffé et muni d'un filtre (Un filtre est un système servant à séparer des éléments dans un flux.) dans sa partie basse. Une grande quantité d'oxydes bouche (La bouche (encore dénommée cavité buccale ou cavité orale) est l'ouverture par laquelle la nourriture d'un animal entre dans son corps. Le mot...) rapidement le filtre, empêchant l'écoulement du métal. Inversement, un métal propre s'écoule entièrement par le fitre. On mesure la quantité de métal passé.

La température du bain de métal en fusion

Cette température est importante pour assurer une bonne coulée des pièces. Elle diffère suivant l'alliage et suivant la forme des pièces à couler. On l'indique donc sur chaque fiche technique.

On mesure la température de l'alliage en fusion juste avant la coulée et on enregistre cette température sur le cahier de coulée.

L'appareil le plus utilisé pour cette mesure est le thermocouple (En physique, les thermocouples sont utilisés pour la mesure de températures. Ils sont bon marché et permettent la mesure dans une grande gamme de...) type K.

La résistance mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission, pistons, ...), bref, de tout ce qui produit ou transmet un...)

Suivant les spécifications demandées par le donneur d'ordre, les essais de résistance mécanique peuvent être réalisés sur "éprouvette de caractérisation" ou sur "éprouvette de dissection".

Dans le cas de l'éprouvette de caractérisation, il s'agit d'une éprouvette coulée à part, en même temps que les pièces. Les plans de ces éprouvettes sont normalisés.

Pendant longtemps, les normes ou spécifications (comme l'instruction (Une instruction est une forme d'information communiquée qui est à la fois une commande et une explication pour décrire l'action, le comportement, la méthode ou la tâche qui devra commencer, se terminer, être...) AIR 3380/C, par exemple) imposaient une éprouvette moulée en coquille. Les résultats obtenus sur une telle éprouvette n'avaient rien à voir avec ceux issus d'une éprouvette de dissection, ou même d'une éprouvette attenante, d'une pièce moulée sable.

Aujourd'hui, on peut aussi couler des éprouvettes de caractérisation en moulage sable, ce qui est plus représentatif des pièces obtenues (NF EN 1706). Cette norme précise notamment que le moule destiné à couler ces éprouvettes ne doit comporter aucun refroidissement artificiel.

On applique sur ces éprouvettes, après qu'elles aient suivi le même cycle de traitement thermique que les pièces, un effort de traction jusqu'à la rupture et l'on enregistre la résistance mécanique Rm, la limite d'élasticité RP0,2 et l'allongement A%.

Pour plus de détail, voir "Essai mécanique".

Les résultats de résistance mécanique, précisant le mode d'obtention de l'éprouvette, figureront sur le P.V. de conformité matière.

Les contrôles "non destructifs" sur pièces

Dans ce chapitre, le terme "contrôle non destructif (Le Contrôle Non Destructif (C.N.D.) est un ensemble de méthodes qui permet de caractériser l'état d'intégrité de structures industrielles, sans les dégrader, soit au cours de la production (les pièces qui sortent des...)" est utilisé au sens large, c’est-à-dire pour tous les contrôles effectués sur la pièce livrée. L'aéronautique, notamment, a une définition beaucoup plus stricte des CND. Certains des contrôles cités ci-dessous sont des CND dans le sens officiel de ce terme, d'autres non.

Les documents correspondant aux contrôles ci dessous sont :

  • Des déclarations de conformité si l'on indique simplement la méthode de contrôle, la spécification de référence, la qualification de l'opérateur et le fait que les pièces contrôlées sont conformes à cette spécification,
  • des rapports de contrôle si les résultats sont plus détaillés (photographie numérique et description, par exemple),ou bien
  • des renseignements ajoutés au cahier de coulée et aux P.V. de conformité matière.

Les contrôles dimensionnels

Traditionnellement, le contrôle dimensionnel d'une pièce de fonderie consistait à réaliser une pièce tracée, c’est-à-dire une pièce préalablement enduite d'encre de traçage (généralement bleue) sur laquelle, au moyen d'un marbre (Le marbre est une roche métamorphique dérivée du calcaire, existant dans une grande diversité de coloris, pouvant présenter des veines, ou marbrures...), éventuellement d'une table sinus (En mathématiques, les fonctions trigonométriques sont des fonctions d'angle importantes pour étudier les triangles et modéliser des phénomènes périodiques....) ou d'un plateau diviseur et d'un trusquin (On appelle trusquin les outils de traçage opérant par translation sur une surface d'appui de référence. Ils sont utilisés principalement en menuiserie, en ébénisterie...) métrique, et muni du plan de pièce usinée, on traçait toutes les cotes usinées, afin de s'assurer que le fonderie était suffisamment dimensionnée vis à vis de ces différents usinages. On fournissait cette pièce tracée au client.
Il s'agissait principalement de la pièce type dimensionnelle.
Suivant les spécifications du contrat, il était ensuite convenu de tracer une pièce par lot, ou une pièce à une fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de...) déterminée, ou bien toutes les pièces sur les cotes principales.

Les plans papier (Le papier (du latin papyrus) est une matière fabriquée à partir de fibres cellulosiques végétales et animales. Il se présente sous forme de feuilles minces et est considéré comme un matériau de base...) étant de plus en plus souvent remplacés par des fichiers de définition numérique, ce contrôle disparaît progressivement au profit de contrôles plus automatisés, réalisés sur des machines de contrôle tridimensionnelles (il s'agit de machines qui viennent palper la pièce au niveau des points de contrôles définis sur la CAO, et qui comparent la valeur mesurée à la définition numérique de la pièce) et donnant lieu à un rapport de contrôle.

Il en est de même après usinage, la machine tridimensionnelle étant aujourd'hui le moyen de contrôle le plus utilisé. Cependant, dans certains cas, et principalement pour des plans anciens pour lesquels il n'existe pas de FDN (fichier de définition numérique) ; ce qui est encore le cas pour certaines petites séries aéronautiques, on établit un rapport de contrôle avec les instruments de mesure dimensionnelle classiques (pied à coulisse, micromètre (Un micromètre (symbole μm) vaut 10-6 = 0, 000 001 mètre.), jauge ( En tant qu'instrument de mesure : Une jauge est un instrument de mesure. On trouve par exemple : La jauge de contrainte, traduisant un effort mécanique en résistance électrique, La jauge Hibernia et la jauge Owen,...) de profondeur, etc.).

Les essais de dureté (Il existe différentes définitions de la dureté : pour un solide (minéral ou métal) et pour l'eau.)

Il existe plusieurs types d'essai de dureté, mais le plus courant sur des pièces de fonderie est l'essai BRINELL qu'on effectue avec une bille de 5mm sous 250daN ou bien une bille de 10mm sous 1000daN. Les résultats sont exprimés en HB (Dureté Brinell), le H étant l'initiale du mot anglais (hardness) correspondant à dureté.

L'essai de dureté laisse une trace (TRACES (TRAde Control and Expert System) est un réseau vétérinaire sanitaire de certification et de notification basé sur internet...) sur la pièce (le polissage sommaire de la zone d'essai et l'empreinte de la bille), mais la pièce peut quand même être utilisée, soit parce qu'on a effectué l'essai dans une zone qui sera éliminée à l'usinage, soit parce qu'il a été réalisé sur une zone "non fonctionnelle (En mathématiques, le terme fonctionnelle se réfère à certaines fonctions. Initialement, le terme désignait les fonctions qui en prennent d'autres en argument. Aujourd'hui, le...)" dans laquelle l'empreinte ne gène (Un gène est une séquence d'acide désoxyribonucléique (ADN) qui spécifie la synthèse d'une chaîne de polypeptide ou d'un acide ribonucléique...) pas.

Souvent, la zone d'essai est déterminée par le bureau d'étude, lors de la conception de la pièce.

Si l'on peut effectuer un essai de dureté à titre indicatif sur des pièces non traitées thermiquement, son principal intérêt est de valider le traitement thermique. Suivant les spécifications de chaque contrat, on peut tester toutes les pièces, ou bien un pourcentage (Un pourcentage est une façon d'exprimer une proportion ou une fraction dans un ensemble. Une expression comme « 45 % » (lue « 45 pour cent ») est en...) défini. Ces résultats seront portés sur les P.V. de conformité matière.

Il arrive parfois que dans une même charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un bénéfice non pécuniaire pour être transporté.) de four de traitement thermique, un fondeur n'ait que des pièces sans exigence contractuelle de contrôle de dureté. Dans ce cas, il prélève néanmoins quelques pièces (généralement 3), sur lesquelles il effectue un essai pour valider son traitement thermique.
Dans ce cas, il inscrit les résultats obtenus sur son cahier de traitements thermiques qui est un document à usage interne, mais pouvant être consulté par les clients lors d'un audit au même titre que le cahier de coulée, et qui collecte, pour chaque campagne :
- L'identification des pièces traitées,
- La courbe (En géométrie, le mot courbe, ou ligne courbe désigne certains sous-ensembles du plan, de l'espace usuels. Par exemple, les droites, les segments, les lignes...) de mise en solution (température / temps) et,
- la courbe de revenu, dans le cas d'un traitement avec revenu.

L'essai pression (contrôle de l'étanchéité)

Certaines pièces (collecteurs ou répartiteurs automobiles, carters et certains boîtiers par exemple) doivent être étanches aux produits qu'ils contiennent ou qui circulent à l'intérieur. On s'assure de l'étanchéité (L'étanchéité est le résultat de l'interdiction d'un passage. Ce terme général peut être compris dans de nombreux domaines.) de ces pièces en réalisant un essai pression air/eau.

Il s'agit de brider la pièce concernée sur une plaque munie d'un joint et d'une arrivée d'air, et de boucher tous les autres orifices. On trempe ensuite la pièce dans un bac transparent (une sorte d'aquarium) et l'on envoie l'air comprimé par l'orifice de la plaque. La pression d'air comprimée est définie par le cahier des charges de la pièce concernée et est, généralement de l'ordre de 2 ou 3 bars.

On s'assure de l'absence de fuite en observant les éventuelles bulles d'air qui se forment sur la pièce et remontent dans l'eau en cas de défaut.

On peut établir une déclaration de conformité, mais bien souvent, la mention de l'essai pression et de son résultat sur le P.V. de conformité matière est suffisante.

Le ressuage

Il s'agit d'une technique de CND au sens strict de ce terme ; c’est-à-dire que le ressuage doit être effectué par un opérateur certifié, sur une installation qualifiée.

Il existe en France, plusieurs certifications possibles pour les opérateurs ; la COFREND (COnfédération FRançaise pour les Essais Non Destructifs) regroupe les différents comités.
Le COSAC (COmité Sectoriel Aérospacial de Certification des agents de contrôle non destructif) par exemple, certifie les opérateurs qui seront amenés à contrôler des pièces destinées aux domaines de l'aéronautique ou de l'espace.
Cependant, un opérateur certifié COSAC a le droit de contrôler d'autres types de pièces (automobile par exemple).

Pour plus de détails, voir l'article Contrôle par ressuage.

En fonderie, les contrôles par ressuage sont normalisés suivant EN 1371 - Fonderie - Contrôle par ressuage.
Cette norme est composée de plusieurs parties :

  • EN 1371-1 Partie 1 : pièces moulées au sable, en coquille, par gravité et basse pression.
  • EN 1371-2 Partie 2 : pièces en moulage de précision (cire perdue).

La radiographie

Il s'agit encore une fois d'une technique de CND au sens strict de ce terme (voir ci-dessus).

La radiographie est surtout connue pour son usage médical, mais cette technique de contrôle s'applique aussi aux pièces mécaniques, avec des intensités et des temps d'exposition beaucoup plus longs que pour le corps humain (Le corps humain est la structure physique d'une personne.).

Contrairement au ressuage qui ne permet de détecter que les défauts débouchant, la radiographie peut être utilisée pour détecter des discontinuités internes d'une pièce moulée.

Dans certains cas, suivant le cahier des charges, toutes les pièces d'un lot sont contrôlées par radiographie, cependant, il est plus courant de contrôler uniquement par ce procédé :

  • La première pièce réalisée à partir d'un nouvel outillage, qu'on appelle dans ce cas la pièce type métallurgique et qui peut subir ensuite d'autres contrôles qui la détruiront (voir paragraphe suivant),
  • la première pièce de chaque lot de fabrication, ou bien
  • une quantité déterminée suivant une cadence fixée par le cahier des charges.

En fonderie, les contrôles par radiographie sont normalisés suivant EN 12681 - Fonderie - Contrôle par radiographie.

L'essai pression, le ressuage et la radiographie ne font pas double emploi, mais sont des techniques complémentaires destinées à s'assurer de la santé matière des pièces livrées.

Le contrôle par ultrasons

Autre méthode de contrôle non destructif, le contrôle par ultrasons est utilisés pour contrôler les défauts internes de la pièce.

Ce type de contrôle est basé sur la transmission et la réflexion des ondes ultrasons dans la matière sur une face de la pièce et sur un éventuel défaut. On compare à l’aide d’un système électronique le temps mis par la réflexion des ondes. S’il existe un défaut, il apparaît un " pic " sur l’écran (Un moniteur est un périphérique de sortie usuel d'un ordinateur. C'est l'écran où s'affichent les informations saisies ou demandées par l'utilisateur et générées ou restituées par l'ordinateur, sous forme de texte et d'images en deux...) de l’appareil entre le pic représentant la surface d’entrée des ondes et le pic représentant la surface opposée à la surface d’entrée.

Le contrôle peut être fait manuellement par contact pour des pièces de formes compliquées ou de petites série ou par immersion dans l’eau pour des pièces de forme plus simple et généralement de plus grande série. Le contrôle par immersion est plus précis et peut être automatisé.

La recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances...) de défauts internes par ultrasons, qui est un CND au sens strict du terme au même titre que le ressuage et la radiographie, ne doit pas être confondue avec la mesure d'épaisseur par ultrasons qui est un simple contrôle dimensionnel.
Ce dernier est basé sur le même phénomène physique ; il s'effectue par contact d'une sonde (Une sonde spatiale est un vaisseau non habité envoyé par l'Homme pour explorer de plus près des objets du système solaire et, pour certaines, l'espace qui est au-delà. Cela couvre à la fois les mesures in situ (champs électriques...) avec la pièce, contact favorisé par l'application d'un couplant, comme pour la réalisation d'échographies. Le boîtier électronique relié à cette sonde est muni d'un afficheur indiquant directement l'épaisseur. Cet appareil doit âtre calibré en fonction de la sonde utilisée et de l'alliage à contrôler car la vitesse (On distingue :) de propagation des ondes (La propagation des ondes est un domaine de la physique s'intéressant aux déplacements des ondes électromagnétiques dans les milieux. On distingue généralement deux catégories de...) est différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des nombres pour mesurer l'éventuel défaut de dualité d'une application définie à l'aide de...) d'un alliage à l'autre.

Les contrôles destructifs, sur une pièce représentative d'un lot

Il s'agit de contrôles qui ne peuvent être effectués qu'en détruisant une pièce (comme en médecine (La médecine (du latin medicus, « qui guérit ») est la science et la pratique (l'art) étudiant l'organisation du corps humain (anatomie), son fonctionnement normal...) ou en biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles et de...), on parle de dissection).

Ces contrôles sont donc effectués sur une pièce représentative d'un lot ou d'une série, et, en particulier, sur la pièce type métallurgique.

Comme pour la radiographie, le cahier des charges ou la "fiche d'essais" indique la fréquence de ces contrôles en fonction de la quantité de pièces à livrer.

La pièce coupée

Il s'agit du plus simple de ces contrôles, qui consiste à couper une pièce dans des zones définies afin de :

  • s'assurer visuellement de la santé matière, en particulier dans les zones comportant d'importantes variations d'épaisseur (qui peuvent poser des problèmes lors du refroidissement des fonderies),
  • contrôler éventuellement certaines épaisseurs de pièce dans des parties peu accessibles ni avec les outils métrologiques classiques, ni avec un mesureur d'épaisseur à ultrasons.

La macrographie

Cet examen est destiné à détecter certains défauts comme par exemple les retassures, les soufflures ou le gazage qui peuvent être dus à une mauvaise alimentation locale de la pièce (masselottes insuffisantes, solidification (La solidification est l'opération au cours de laquelle un liquide passe à l'état solide. Cela peut se faire par refroidissement (cas le plus courant), par augmentation de la pression, ou bien par une...) mal dirigée).
Il s'agit donc principalement de défauts dus à une mauvaise conception du moule et de ses systèmes d'alimentation c'est pourquoi elle est souvent pratiquée sur la pièce type métallurgique. Elle permet aussi de déterminer la grosseur du grain (En météorologie maritime: Un grain est un vent violent et de peu de durée qui s'élève soudainement et qui est généralement accompagné de précipitations. Il...).

On effectue une coupe de la pièce qui sera examinée après polissage et, éventuellement, traitement par un réactif ou une attaque acide (Un acide est un composé chimique généralement défini par ses réactions avec un autre type de composé chimique complémentaire, les bases.).

L'examen est effectué à faible grossissement, souvent à l'aide d'une loupe (Une loupe est un instrument d'optique subjectif constitué d'une lentille convexe permettant d'obtenir d'un objet une image agrandie. La loupe est la forme la plus simple du...) binoculaire.

Actuellement, il est d'usage de joindre quelques photos numériques au rapport de contrôle rédigé à la suite d'une macrographie.

La micrographie

On effectue aussi, pour ce contrôle, une coupe de la pièce qui sera examinée après polissage et attaque acide, ou réactif colorant certains composants comme le silicium.

Le grossissement adopté pour ce type d'examen est plus important (généralement compris entre x100 et x200), et l'on utilise un microscope métallographique, qui est un microscope inversé (la pièce est déposée au dessus de l'objectif) incluant une source lumineuse.
Contrairement à la microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique plane de faible épaisseur) à travers le microscope. La microscopie permet de rendre...) classique, l'échantillon n'est pas en couche mince (Une couche mince est une fine pellicule d'un matériau déposée sur un autre matériau, appelé « substrat ». Le but de la couche mince est de donner des propriétés particulières à la surface de la pièce tout en bénéficiant des...) au travers de laquelle les rayons lumineux peuvent passer, mais ces rayons, provenant de l'objectif même du microscope, sont réfléchis par la surface polie de l'échantillon à examiner, et traversent une seconde fois l'objectif dans l'autre sens pour pouvoir, ensuite, être observés par l'oculaire (Un oculaire est un système optique complémentaire de l'objectif. Il est utilisé dans les instruments tels que les microscopes ou les télescopes pour agrandir l'image produite au plan focal de l'objectif. Un oculaire est en fait une...).

Le but de la micrographie est principalement d'observer la finesse dendritique de l'alliage, ainsi que la modification de l'eutectique (Un eutectique est un mélange de deux corps purs qui fond et se solidifie à température constante, contrairement aux mélanges habituels. Il se comporte en fait comme un corps pur du point de vue de la fusion.) (voir alliages d'aluminium pour fonderie), mais on peut aussi observer des défauts analogues à ceux qui sont visibles en macrographie.

Cet examen est généralement, lui aussi, pratiqué sur la pièce type métallurgique, mais il peut aussi être effectué, dans le cas de prototypes, sur des pièces ayant cassé après avoir été soumis artificiellement (banc d'essais) à des contraintes élevées.

Actuellement, il est également d'usage de joindre au rapport de contrôle micrographique, quelques photos numériques, réalisées à l'aide d'une caméra numérique (Une caméra numérique est un appareil d'enregistrement d'images animées et du son sur un support numérique.) que l'on dispose à la place de l'un des oculaires du microscope. Cependant, les conclusions qui sont portées sur le rapport de contrôle résultent de l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très...) directe dans l'oculaire du microscope où la qualité d'image est meilleure et surtout au cours de laquelle on peut balayer une surface importante. Les photos jointes au rapport ne sont qu'une illustration de ces observations.

L'essai de traction sur dissection

Suivant les spécifications demandées par le donneur d'ordre, les essais de résistance mécanique peuvent être réalisés sur " éprouvette de caractérisation ", coulée à part ; ou sur " éprouvette de dissection " qui est directement taillée dans une pièce. Cet essai est plus représentatif de la réalité, mais nécessite de disséquer une pièce.

Comme pour l'éprouvette de caractérisation, les plans de ces éprouvettes sont normalisés et le bureau d'étude spécifie sur le plan ou sur la fiche d'essais la zone dans laquelle cette éprouvette doit être taillée.

Dans certains cas, on taille même trois éprouvettes, dans trois directions orthogonales de la pièce.

On applique sur ces éprouvettes un effort de traction jusqu'à la rupture et l'on enregistre la résistance mécanique Rm, la limite d'élasticité RP0,2 et l'allongement A%.

Pour plus de détail, voir "Essai mécanique".

Les résultats de résistance mécanique, précisant le mode d'obtention de l'éprouvette, figureront sur le P.V. de conformité matière.

Normes

  • Normes européennes (CEN)

Liste non exhaustive de quelques normes concernant les alliages, la fonderie et les contrôles :

  • EN 1371-1 : Fonderie - Contrôle par ressuage - Partie 1 : pièces moulées au sable, en coquille, par gravité et basse pression.
  • EN 1371-2 : Fonderie - Contrôle par ressuage - Partie 2 : pièces en moulage de précision (cire perdue).
  • EN 1676 : Aluminium et alliages d'aluminium - Lingots pour refusion en aluminium allié - Spécifications.
  • EN 1706 : Aluminium et alliages d'aluminium - Pièces moulées - Composition chimique et caractéristiques mécaniques.
  • EN 1780-1 : Aluminium et alliages d'aluminium - Système de désignation applicable aux lingots pour refusion en aluminium allié, aux alliages-mères et aux produits moulés - Partie 1 : système de désignation numérique.
  • EN 1780-2 : Aluminium et alliages d'aluminium - Système de désignation applicable aux lingots pour refusion en aluminium allié, aux alliages-mères et aux produits moulés - Partie 2 : système de désignation basé sur les symboles chimiques.
  • EN 1780-3 : Aluminium et alliages d'aluminium - Système de désignation applicable aux lingots pour refusion en aluminium allié, aux alliages-mères et aux produits moulés - Partie 3 : règles d'écriture pour la composition chimique.
  • EN 2076-1 : Série aérospatiale (L'aérospatiale (nom commun féminin singulier) est une discipline scientifique qui rassemble les techniques de l'aéronautique (déplacement dans l'atmosphère, utilisant des avions ou des hélicoptère par...) - Lingots et pièces moulées en alliages d'aluminium et de magnésium - Spécification technique - Partie 1 - Exigences générales.
  • EN 2076-2 : Série aérospatiale - Lingots et pièces moulées en alliages d'aluminium et de magnésium - Spécification technique - Partie 2 - Lingots pour refusion.
  • EN 2076-3 : Série aérospatiale - Lingots et pièces moulées en alliages d'aluminium et de magnésium - Spécification technique - Partie 3 - Pièces types et pièces de série.
  • EN 2078 : Série aérospatiale - Matériaux métalliques - Fiche de fabrication, fiche d'essais, rapport de contrôle et d'essais.
  • EN 10002-1 : Matériaux métalliques - Essai de traction - Partie 1 : méthode d'essai à température ambiante.
  • EN 12258-1 : Aluminium et alliages d'aluminium - termes et définitions.
  • EN 12681 : Fonderie - Contrôle par radiographie.
Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0.

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