1. 1
Fonderie
Présentation de la réalisation
de préformes par moulage.
LycLycéée Vaubane Vauban –– classes de P.T.S.I. et P.T.classes de P.T.S.I. et P.T.

2. 2
Grèce ancienne,
vers 450 av. J.C.
Travail du fer au Moyen-Age,
Angleterre vers 1543
Moulage, autrefois

3. 3
Moulage
RRééfféérences de la prrences de la préésentationsentation
Précis de fonderie, G. Facy et M. Pompidou, AFNOR, 2è édition ;
ENSAM Angers, laboratoire industriel de fonderie ;
Prof. Timothy Gutowski, http://web.mit.edu/course/2/2.810/ts_temp.

4. 4
Méthodes de moulage
• Moulage au sable
Alliages à haut point de
fusion, géométries
complexes, état de surface
rugueux
• Moulage de précision
Alliages à haut point de fusion,
géométries complexes, surfaces
de rugosité moyenne
• Moulage en coquille
Alliages à haut point de fusion,
géométries moyennement
complexes, surfaces de faible
rugosité
On sOn s’’intintééressera particuliressera particulièèrement au premier typerement au premier type

5. 5
Moulage en moule permanentMoulage en moule non permanent
TMoulage avec modèle partiel
(troussage, carcasses et squelettes) ;
TMoulage avec modèle permanent ;
TMoulage avec plaque modèle ;
TMoulage avec noyaux ;
TMoulage par centrifugation ;
TMoulage avec insertion ;
TMoulage en carapace ;
TMoulage en moule céramique ;
TMoulage avec modèle non permanent ;
TMoulage en coquille par gravité ;
TMoulage en coquille sous pression ;
TMoulage par centrifugation ;
Les procédés de fonderie

6. 6
Moulage au sable
Châssis supérieur
Châssis inférieur
Trou de coulée
Flasque
Sable
Joint de moulage
Empreinte
de moulage
Attaque
de coulée
Sable
Évent
Carotte
Canal
d’alimentation
Noyau
(sable)
Principe de basePrincipe de base

7. 7
Châssis supérieur
Châssis inférieur
Flasque
Pièce Modèle
Sable Noyau
Moulage au sable Principe de basePrincipe de base

8. 8
Moulage au sable Exemples de rExemples de rééalisationalisation

9. 9
Moulage avec modèle partiel
Troussage rectiligne Troussage circulaire
Modèle squelette

10. 10
Moulage avec modèle permanent

11. 11
Moulage avec modèle permanent
ModModèèles en bois et en plastiqueles en bois et en plastique

12. 12
Moulage avec modèle permanent
Prototypage rapidePrototypage rapide
Le prototypage rapide permet de créer directement le modèle physique à partir du
modèle numérique CAO, sous 24 à 48 heures.

13. 13
Moulage avec plaque modèle

14. 14
Moulage avec plaque modèle
Le V-process est une technique qui a fait son apparition en 1971
et son développement se poursuit encore aujourd’hui.
Le V-process est un procédé de moulage sous vide utilisant un
film thermoplastique pour donner la forme du modèle aux deux
parties du moule.
PrincipePrincipe
• Les plaques modèles et châssis sont des caissons
permettant ainsi la mise en dépression de l’ensemble.
• Après chauffage d’un film thermoplastique, celui-ci est
déposé sur le caisson modèle et vient plaquer
parfaitement le modèle par une mise en dépression.
• Le vide étant maintenu sur le modèle, on vient
positionner le caisson châssis qui sera ultérieurement
raccordé au système déprimogène.
VV--processprocess

15. 15
VV--processprocess
Moulage avec plaque modèle
• Le châssis étant rempli de sable extra-silicieux, on
provoque des vibrations pour améliorer la compacité
du moule. Après égalisation du sable et pose du film
plastique (non chauffé) sur la partie supérieure du
moule, le châssis est mis sous dépression.
• Pour pratiquer le démoulage, il suffit de supprimer le
vide dans le caisson et d’insuffler à la place de l ‘air
sous faible pression puis de soulever le châssis.
• La seconde partie du moule est réalisé suivant le
même processus.
PrincipePrincipe –– suitesuite ––
• Pas de préparation (sable sans liant) ;
• Bonne perméabilité du moule ;
• Hautes précisions géométriques et dimensionnelles
des pièces coulées ;
• Dépouille non nécessaire ;
• Matériaux de moulage bon marché ;
• Très bon état de surface ;
• Aucune usure des châssis par suite des secousses
ou du décochage.
AvantagesAvantages

16. 16
Moulage avec noyaux

17. 17
Moulage par centrifugation

18. 18
Moulage avec insertion
C 45
Ailettes de refroidissement
Acier réfractaire
C 25
38 Cr 4
Trou dans une pièce
difficilement usinable

19. 19
Procédé Croning
Moulage en carapace

20. 20
Moulage en moule céramique

21. 21
Moulage avec modèle non permanent

22. 22
Moulage avec modèle non permanent
Machine d’injection de cire

23. 23
Moulage avec modèle non permanent
Les débuts du Lost-Foam dans l'industrie remontent aux
années 80. Signifiant "Mousse-Perdue", ce procédé est à moule
et modèle destructible. Il est essentiellement utilisé dans le
domaine de l'automobile car sa rentabilité réside dans la
complexité des pièces.
ProcProcééddéé LostLost--FoamFoam
• Pièce sans plan de joint
• Moule sans noyau
• Sable sans liant
• Possibilité de réaliser des pièces
complexes
AvantagesAvantages

24. 24
Moulage avec modèle non permanent
ProcProcééddéé LostLost--FoamFoam
• Fabrication du modèle en polystyrène expansé et
ses accessoires (les accessoires peuvent être
assemblés par collage)
• Application d'un enduit (réfractaire)
• Disposition du modèle dans un bac que l'on
remplit de sable
• Répartition du sable dans toutes les cavités par
vibrations
• Coulée de l'alliage liquide dans le moule ce qui
sublime le modèle
• Décochage par simple vibration ou insufflation
d'air
PrincipePrincipe

25. 25
Outillage
ChâssisChâssis
BoBoîîtete àà noyauxnoyaux
Machine de noyautageMachine de noyautage

26. 26
Système d’attaque

27. 27
Système d’alimentation

28. 28
Chantier de moulage

29. 29
Principaux matériaux de fonderie
alliages de zinc ;
alliages d’aluminium ;
alliages de cuivres ;
fontes et fontes alliées.
Principaux alliages de fonderiePrincipaux alliages de fonderie
Principaux sables de fonderiePrincipaux sables de fonderie
sables à vert ;
sables à prise chimique à froid ;
Sables pour procédé croning.

30. 30
Moulage en coquille par gravité

31. 31
Moulage en coquille sous pression
Demi-coquille fixeDemi-coquille mobile
Éjecteur
Cavité
Piston
Chemise
Remplissage

32. 32
La coquilleuse automatique est un système appartenant à la
catégorie du moulage en moules permanents. La seule
différence avec la coulée en coquille traditionnelle est
l’automatisation de certaines étapes de coulée.
Coquilleuse automatique
•Fermeture et verrouillage de la coquille ;
•Coulée par basculement ;
•Démoulage des broches et des tiroirs ;
•Ouverture du moule ;
•Éjection de la pièce.
PrincipePrincipe

33. 33
Coulée continue
Cette technique, déjà utilisée en sidérurgie pour obtenir des produits longs, permet la
réalisation de profilés de sections pleines ou creuses de forme très variée.
L’alliage en fusion contenu dans un four est admis, par gravité, dans une filière ou une
coquille refroidie. A la sortie, une couche solidifiée assure la tenue de l’ensemble, jusquà la
fin de la solidification.
Une installation comprend : un four de maintien, un moule métallique refroidi, un système
de maintien et de traction du profilé.

34. 34
Fusion des matériaux
FourFour àà inductioninduction

35. 35
Simulation numérique
La simulation numérique permet de modéliser le comportement du matériau métallique coulé dans
un moule dès les premiers instants du remplissage et ceci jusqu’à la fin du refroidissement du
solide dans son empreinte. Avec l’aide des logiciels de simulation numérique, en peut observer les
anomalies d’engorgement, les tourbillons, les problèmes de refroidissement, les problèmes de
vitesse…

36. 36
Simulation numérique
• Définition de la géométrie à l’aide d’un logiciel de CAO ;
• Maillage spatial de la géométrie précédente qui sera ainsi découpée en
éléments simples ;
• Discrétisation temporelle qui, pour obtenir des résultats fiables, devra
être la plus fine possible au détriment du temps de calcul ;
• Mise en place des conditions initiales ( température, vitesse, pression
métallostatique…) ;
• Mise en place des condition aux limites (conditions de flux ou de
température imposées aux frontières extérieures) ;
• Données thermophysiques (conductivité thermique, capacité thermique,
masse volumique, enthalpie massique de solidification pour l’alliage
coulé…).
Mise enMise en œœuvre duvre d’’une simulationune simulation
• Température en tout point du maillage ;
• Vitesse en tout point du fluide ;
• Pression en tout point de l’empreinte ;
• Zones contenant un pourcentage donné de
solide ou de liquide.
rréésultats physiquessultats physiques
rréésultats nsultats néécessitantcessitant
une interprune interpréétationtation
• Défauts d’écoulement, turbulences, emprisonnement
d’air ;
• Défauts de retassure.

37. 37
Contrôles
Les moules et les noyaux doivent résister aux diverses sollicitations
(mécaniques, thermiques, chimiques) durant le processus d’élaboration ainsi
que lors de la coulée et de la solidification. En revanche, durant le
refroidissement et jusqu’au décochage, la décohésion des matériaux de moulage
est recherchée afin d’éviter les contraintes internes dans la pièce moulée et
faciliter son extraction.
Différents contrôles permettent la mesure des caractéristiques des matériaux.
Contrôle des sablesContrôle des sables
cohésion
perméabilité
granulométrie
La cohésion d’un sable de fonderie est
mesurée par des essais de compression,
flexion, traction, cisaillement sur des
éprouvettes normalisées.
Les éléments d'un moule de fonderie doivent
être perméables aux gaz.
Cette mesure permet de calculer un indice de finesse du sable utilisé ainsi que d'établir on étalement granulométrique.
La granulométrie d'un sable se choisit en fonction de l'alliage coulé, de la perméabilité recherchée, de l'état de surface souhaité, etc.

38. 38
Contrôles Contrôle des piContrôle des pièècesces
Permet de contrôler les défauts débouchant en surface.
Un liquide tensio-actif coloré est appliqué en surface
d’une pièce et après essuyage de cette surface, les
défauts constituent des réserves de liquide qui, par
révélation à la lumière blanche ou ultra-violette,
deviennent détectable à l’œil.
Contrôle par ressuage
Contrôle par ultrasons
Contrôle par induction
Le sondage est effectué par un faisceau d’ultrasons émis
d’un palpeur en contact avec la pièce à contrôler qui, après
réflexion sur les défauts rencontrés et les parois de la
pièce, est reçu par un palpeur de réception (le même
palpeur peut servir à l’émission et à la réception).
Méthode comparative basée sur les courants de Foucault pour
déceler les criques. La pièce à contrôler passe dans l’axe d’un
solénoïde, créant un champ d'induction. La pièce est alors le
siège de courants électriques créant à leur tour un champ
induit, réagissant sur le circuit primaire. Après étalonnage de
l’appareil, on décèlera les pièces produisant un flux différent de
la pièce étalon.

39. 39
Propriétés et défauts de fonderie
Coulabilité (aptitude à remplir le moule) ;
Retrait de l’alliage à l’état liquide ;
Retrait de l’alliage à l’état solide ;
Retassure (cavité formée durant la phase de solidification due au retrait du métal ) ;
Crique (fissures produites par le déchirement du métal au cours du refroidissement) ;
Soufflure (trous formés par des bulles de gaz libéré par le métal au cours de sa
solidification) ;
Ségrégation (hétérogénéité chimique se produisant à la solidification) ;
Contraintes résiduelles (retrait et anisotropie créent des contraintes internes).
PropriPropriééttééss àà prendre en compteprendre en compte
Principaux dPrincipaux dééfautsfauts
Retassure sur l’hélice du PAN Charles De Gaulle

40. 40
Propriétés de fonderie
0,5 à 3Fontes GL4,5Cu-Sn
7 à 10Aciers alliés3,5 à 5Al-Si
5 à 6Zn4Mg
3 à 6Fontes GS6,5Cu-Zn
5 à 7Aciers non alliés7 à 8Al-Cu
Retrait (%)AlliageRetrait (%)Alliage
Retrait des alliagesRetrait des alliages

41. 41
Structures métalliques
Trois structures obtenues par moulage dans un moule carrTrois structures obtenues par moulage dans un moule carréé
(a) Métal pur ;
(b) Alliage en solution solide ;
(c) Structure obtenue en ajoutant
des agents de nucléation.

42. 42
Transferts thermiques
= −
dT
q k
dx
Conduction en rConduction en réégime permanentgime permanent
Loi de Fourier unidirectionnelle
Cuivre 394
Aluminum 222
Fer 29
Sable 0.61
Valeurs de k (W/m K)
∂ ∂
=
∂ ρ ∂
2
2
T k T
t c x
Équation différentielle unidirectionnelle
Chaleur nécessaire pour solidifier une longueur s
=
∂⎛ ⎞
ρ = − = ⎜ ⎟∂⎝ ⎠ 0x
ds dq T
H k
dt dt x
Solution de l’équation conduisant à la loi de Chvorinov
⎛ ⎞
= α⎜ ⎟
⎝ ⎠
n
s
V
t
A
=
V
s
A
Volume à solidifier
Aire enveloppe de V
= 1,5 à 2n
α constante
temps de solidificationst

43. 43
Transferts thermiques
⎛ ⎞
≈ ⎜ ⎟
⎝ ⎠
2
s
V
t
A
sable solide liquide
T0
TM
x
s
Profil approximatif de la solidification d’un métal pur versé à
son point de fusion sur la paroi lisse d’un moule en sable.
Moulage au sableMoulage au sable
Temps de la solidification
Loi de Chvorinov
ts : temps de solidification ;
V : volume du bloc ;
A : aire du bloc.

44. 44
≈s
V
t
A
Profil approximatif de la solidification d’un métal pur versé à
son point de fusion sur la paroi lisse d’un moule métallique.
Moulage en coquilleMoulage en coquille
Transferts thermiques
moule solide liquide
T0
TM
x
s
Temps de la solidification
Loi de Chvorinov
ts : temps de solidification ;
V : volume du bloc ;
A : aire du bloc.

45. 45
Tracé des pièces moulées

46. 46
Tracé des pièces moulées

47. 47
Tracé des pièces moulées

48. 48
Tracé des pièces moulées

49. 49
Tracé des pièces moulées

50. 50
Tracé des pièces moulées

51. 51
Tracé des pièces moulées

52. 52
Tracé des moules
PouliePoulie àà fabriquerfabriquer
PiPièècece àà obtenir au moulageobtenir au moulage

53. 53
Tracé des moules
ModModèèle en deux parties rle en deux parties rééalisaliséé par le modeleurpar le modeleur

54. 54
Tracé des moules
Châssis supChâssis supéérieurrieur
Châssis infChâssis inféérieurrieur

55. 55
Tracé des moules
ChâssisChâssis
NoyauNoyau

56. 56
Tracé des moules
Moule prêtMoule prêt àà être coulêtre couléé

57. 57
Tracé des moules
Proposer un tracé de moulage de
la pièce ci-contre comprenant :
le tracé du moule ;
la position de la surface de joint ;
le tracé des (éventuels) noyaux ;
le tracé des surépaisseurs d’usinage ;
le système de coulée et les évents.
Remarque : toutes les surfaces
planes sont fonctionnelles.

58. 58
Tracé des moules