Fonderie d'aluminium - Définition

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 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).

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, il est nécessaire de contrôler la composition du métal et d'effectuer quelques ajustements compte tenu de la perte au feu.

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 de métal contenu dans le four, découle la quantité de magnésium à ajouter pour atteindre le milieu de la fourchette de spécifications de l'alliage 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 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).

Les fours

Différents moyens de chauffage des fours de fusion sont utilisables : le gaz, le fuel, le coke et l'électricité notamment.

Dans tous les cas, le four est composé de matériaux 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 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", 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 ,
• la composition, notamment la teneur en magnésium, est conforme ,
• 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 , vont puiser le métal en fusion dans le four avec des louches préalablement chauffées à la 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 visuel ou par ressuage.

Dans le cas de certaines grosses pièces, on utilise des poches de coulées, que l'on peut manipuler au pont roulant ou au chariot élévateur. 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, 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 de la louche ou de la poche, à l'aide d'une spatule en acier. Si une petite quantité de ces peaux d'alumine arrive à passer, 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).