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FONDERIE

La fonderie est un des procédés de formage des métaux. Il consiste à couler un alliage liquide dans un moule reproduisant une pièce donnée (formes extérieures et intérieures). C’est un procédé de formage précis, le plus direct entre la conception et l’utilisation. Il s’agit, d’une part, de fabriquer un moule d’après le dessin d’une pièce et, d’autre part, d’élaborer un alliage liquide correspondant à la destination de cette pièce.

Apparue il y a environ 5 000 ans (cf. MÉTALLURGIE, Histoire), la fonderie est, depuis le milieu du XIX^e siècle, une industrie de base, mais souvent méconnue parce que ses réalisations, insérées dans des ensembles, n’apparaissent pas directement à l’attention. Pourtant, sans la fonderie, on ne connaîtrait sans doute pas les chemins de fer, les moteurs à combustion (automobiles, tracteurs, moteurs marins, etc.), les avions à réaction, les lanceurs spatiaux et notre vie domestique serait radicalement changée. Cela montre la vitalité et l’importance de cette industrie dont la production est destinée en majeure partie à la construction (mécanique, électrique, ferroviaire, navale, aéronautique et aérospatiale), à l’automobile, à la sidérurgie et au machinisme agricole, industries de base d’une civilisation moderne. Mais sa place dans l’économie pourrait être plus importante encore si ses méthodes étaient mieux connues et par suite mieux utilisées.

Les pays producteurs de pièces moulées témoignent d’une civilisation avancée. Les principaux sont, par ordre décroissant d’importance en tonnage, l’ex-U.R.S.S., la Chine, les États-Unis, le Japon, l’Allemagne, la France, l’Italie et la Grande-Bretagne.

La fonderie se caractérise essentiellement par le fait qu’elle cherche toujours à produire des pièces métalliques dont les dimensions soient aussi proches que possible des dimensions définitives, de façon à réduire, voire à supprimer, tout usinage ultérieur. Elles permet de concevoir et de produire des pièces irréalisables par les autres procédés de formage des métaux (notamment en ce qui concerne la forme des pièces et les alliages non usinables), d’obtenir les structures métalliques les plus variées répondant à de nombreux besoins; elle autorise la mise en place du métal là où on le désire pour autant que la pièce soit coulable (stabilité, moments d’inertie, résistance mécanique, résistance aux vibrations, évacuation ou conservation de la chaleur, etc.). Ses possibilités sont immenses: il n’y a aucune limite théorique au poids et à la forme des pièces; la gamme d’alliages utilisables est considérable; les tolérances dimensionnelles sont serrées, atteignant le dixième de millimètre et parfois le centième de millimètre, et les pièces présentent de bons aspects de surface – ces deux dernières caractéristiques variant selon le nombre et la forme des pièces, l’alliage qui les constitue et, en définitive, selon les procédés de fabrication.

1. Processus général de fabrication

Le processus général de fabrication des pièces moulées est donné par la figure 1. À partir d’un dessin de la pièce établi par le constructeur en respectant certaines règles propres à la fonderie, le fondeur utilise soit directement des moules et noyaux métalliques fabriqués par le modeleur, soit des outillages (modèles et boîtes à noyaux) également exécutés par le modeleur pour confectionner le moule et les noyaux. Il fait appel à la conception assistée par ordinateur.

Dans le moule, comprenant généralement deux parties, le fondeur dispose les noyaux qui assureront les évidements de la pièce (remmoulage), puis le moule est fermé (sensiblement comme on ferme un livre), prêt pour la coulée. L’alliage liquide, préparé pendant ce temps dans un four de fusion approprié, est versé dans le moule (coulée). La pièce est extraite du moule (décochage ou démoulage), puis nettoyée (dessablage ou grenaillage), ébarbée et terminée (parachèvement qui peut être un traitement thermique ou un traitement de surface). Enfin la pièce est définitivement contrôlée avant d’être livrée au constructeur.

Les procédés de fabrication sont nombreux. Ils peuvent être classés en deux grandes catégories: les procédés traditionnels et les procédés spéciaux.

2. Procédés traditionnels

Les procédés traditionnels sont les plus utilisés: à eux seuls, ils permettent de produire environ 80 p. 100 du tonnage mondial; ce sont soit des procédés anciens dont la technique a été modernisée, soit des méthodes plus récentes qui ont été développées au niveau industriel. Ils comprennent le moulage au sable et le moulage en moule semi-permanent.

Procédés de moulage au sable

Ce sont les procédés les plus courants pour le moulage des pièces réalisées en alliages ferreux (fonte, acier) et métaux non ferreux lourds tels que les alliages de cuivre (bronze et laiton). En ce qui concerne les alliages à point de fusion plus bas (zinc, aluminium, magnésium, métaux blancs), les procédés de moulage en moules semi-permanents et permanents sont de plus en plus utilisés, sauf dans le cas de réalisations de petites séries.

En tout état de cause, le moulage au sable est applicable à toutes les productions et permet la réalisation de toutes pièces en tous alliages, d’un point de vue strictement technique.

La matière première utilisée est à base d’un produit réfractaire, généralement la silice sous forme de grains fins liés par une matière argileuse ou un liant permettant par «tassement» (appelé serrage) de reproduire en creux une forme donnée par une modèle représentant celle de la pièce au retrait près. Cette opération s’effectue dans un «cadre», appelé châssis, qui permet après serrage de sortir le modèle en laissant en creux la forme du modèle (donc de la pièce).

On peut retenir quatre grands procédés de base du moulage au sable:

– dans le moulage au sable à vert , on emploie un sable siliceux auquel on a fait un ajout d’argile (des sables naturels existent et sont employés tels quels); ces sables silico-argileux ont une consistance telle qu’après serrage on peut extraire le modèle sans modifier la forme en creux; ce procédé permet de couler directement les alliages liquides pour obtenir les pièces sans autres précautions particulières;

– le moulage au sable à vert grillé (ou flambé ) est réalisé de la même façon que le précédent mais on pratique avant la coulée de l’alliage liquide un chauffage en surface du moule à l’aide d’un chalumeau pour sécher et durcir les parois de ce moule, afin d’éviter les érosions et atténuer les effets d’oxydation dus à la présence d’eau dans le moulage à vert;

– dans le moulage au sable étuvé , le moule est séché à cœur par étuvage pour assurer un durcissement et une résistance mécanique permettant de recevoir de grandes quantités de métal liquide;

– le moulage au sable à liant synthétique tend à se développer car il permet des moulages rapides et précis sans faire appel à une main-d’œuvre qualifiée; les sables synthétiques ne demandent aucun effet de tassement (serrage); il suffit de déposer le produit (sable + liant) autour du modèle en employant soit des châssis (comme pour les moulages au sable décrits précédemment), soit un seul cadre démontable, utilisable pour chaque moulage; le durcissement du sable résulte d’une modification du liant minéral ou organique qui durcit, soit au contact de l’air, soit par l’intermédiaire d’un adjuvant favorisant la réaction de durcissement; ce procédé permet d’obtenir une grande précision de moulage, donc des pièces, et se prête particulièrement bien tant à la production de prototypes et de petites séries qu’aux très grandes séries.

L’ensemble de ces procédés de moulage s’adapte à la réalisation de chantiers entièrement automatiques dont la souplesse permet de passer des productions de petites séries à des productions de grandes séries par changement rapide (presque instantané) des modèles. Certains de ces chantiers automatiques permettent, pour les trois premiers types de moulage à vert décrits ci-dessus, d’obtenir des serrages haute pression pour assurer la précision des moules. Les pressions de serrage peuvent atteindre 50 bars, ce qui permet un gain d’usinage des pièces, du fait de la précision du moulage (réduction des surépaisseurs d’usinage). Le tableau 1 résume les caractéristiques de ces procédés.

On peut citer un certain nombre d’autres procédés dérivés et qui sont souvent réservés à des fabrications spécifiques ou à l’emploi d’alliages particuliers:

– le moulage au sable à la chamotte (grès artificiel) étuvé; la chamotte donne au sable silico-argileux naturel une plus grande résistance thermique lors du remplissage du moule; on l’emploie donc pour les alliages liquides à haute température (fonte et acier) pour la réalisation de pièces massives;

– le moulage au sable lié au ciment est obtenu en remplaçant le liant argileux par du ciment (genre Portland à 8 à 10 p. 100); on obtient un remplissage en humidifiant ce mélange et on verse ce produit semi-liquide dans le châssis sur le modèle sans faire une opération de serrage, ni d’étuvage; il s’agit d’un procédé économique pour des pièces faites à l’unité ou en petites séries; cependant, il faut éviter d’utiliser ce procédé pour la coulée d’alliages fondant à très haute température (réfractarité moyenne) et pour la coulée d’alliages sensibles aux effets de criques à la solidification (phénomène de contractions contrariées par la rigidité du moule); le principe du procédé permet, par sa simplicité, de réaliser des moules pour produire de très grande pièces (plus de 300 tonnes en fonte);

– le moulage au sable au silicate d’éthyle (procédé Shaw); on remplace le liant argileux par du silicate d’éthyle, qui permet un remplissage du moule sans serrage; ensuite, par chauffage (étuvage), on obtient un premier prédurcissement permettant un démoulage aisé (effet d’élasticité du liant) et un durcissement définitif avec des microfissurations très dispersées ayant la propriété de rendre le moule très perméable et apte à mieux subir les retraits à la solidification; ce procédé est réservé aux petites pièces et petites séries pour tous types d’alliages (ferreux et non ferreux); c’est un des procédés donnant les meilleures surfaces à l’état brut de fonderie, ce qui permet donc de supprimer des usinages coûteux;

– le moulage au sable à modèle perdu (P.M.P.); dans ce procédé récent, on utilise un modèle gazéifiable (polystyrène expansé) noyé dans une masse de sable siliceux sans aucun liant, le principe étant de couler l’alliage liquide sur le modèle; celui-ci brûle en se gazéifiant et l’alliage prend sa place et forme ainsi la pièce; ce procédé peut s’appliquer pratiquement à tous les alliages pour les productions de très grandes séries (nécessité de prémouler les modèles sur des installations à grande productivité) ou pour des pièces unitaires (modèle sculpté dans un bloc de polystyrène);

– le moulage au sable sous vide (V-process ); ce procédé, surtout employé pour mouler les alliages ferreux et cuivreux, utilise de la silice pure (sans liant); ce sable est répandu sur un modèle recouvert d’un film plastique fin épousant, par effet d’aspiration, la forme du modèle, dans un châssis; un second film est disposé sur la surface supérieure du sable quand le châssis est plein; par mise sous vide à l’intérieur du sable (entre les deux films), on rigidifie le moule et on peut extraire le modèle; quand on coule l’alliage liquide, les films brûlent et se gazéifient à mesure que le moule se remplit; ces moulages sont précis et sont surtout utilisés en grande série pour les alliages ferreux et cuivreux.

Faisons remarquer que les moulages dits au sable emploient généralement comme produit de base la silice, qui est le produit le plus répandu dans la nature et dont les propriétés de réfractarité sont suffisantes dans la majorité des cas. Toutefois, pour des applications particulières, on peut remplacer la silice par d’autres produits ayant des propriétés spécifiques et pouvant être utilisés dans les mêmes conditions de moulage que la silice. Les deux produits principaux sont le zircon, qui a une bonne conductivité thermique (intéressante pour obtenir de meilleurs échanges thermiques lors de la solidification), et l’olivine, qui possède de bonnes propriétés de réfractarité (elle est, en général, réservée aux alliages ferreux à haut point de fusion).

Procédés de moulage en moule semi-permanent

Malgré l’intérêt des procédés de moulage au sable et les perfectionnements qui y ont été apportés, ces procédés présentent l’inconvénient majeur d’obliger à refaire un moule quand on veut reproduire une pièce. Aussi s’est-on efforcé, de tout temps, de réaliser des moules capables de supporter plusieurs coulées consécutives (des exemples très anciens se trouvent au musée du château de Saint-Germain-en-Laye). Ces moules sont en matériaux réfractaires – le plus souvent métalliques, prenant alors le nom de coquilles – et les procédés sont dits de moulage en moule semi-permanent, car les moules finissent évidemment par s’user. Bien entendu, de tels procédés ne peuvent concerner que des fabrications de pièces en série et leurs possibilités sont plus limitées que celles du moulage au sable. L’automatisation permet une production des moules en fonction des pièces voulues sans avoir ces inconvénients. Comme procédés traditionnels, on distingue, selon le mode de coulée, le moulage en coquille coulée soit par gravité, soit sous pression, soit par centrifugation.

Moulage en coquille coulée par gravité

Ce procédé est très ancien: on a retrouvé des armes en bronze coulées dans des moules en pierre taillée, ainsi que des plombs pour la pêche coulés dans des moules en bois. Aujourd’hui les moules sont métalliques (sauf les moules en graphite pour la coulée de certains alliages de cuivre). Le procédé est destiné, de ce fait, à des pièces fabriquées en grand nombre; il intéresse particulièrement les industries de séries (celle de l’automobile par exemple). Les pièces de dimensions limitées sont de forme relativement simple, surtout à l’intérieur, mais leur forme extérieure peut être compliquée (cas du cylindre de moteur à ailettes); elles doivent présenter un bel aspect de surface. Les intérieurs des pièces sont obtenus par des noyaux métalliques (rarement par des noyaux en sable durci, par exemple pour les culasses de moteurs d’automobiles), mais qui doivent pouvoir être facilement extraits de la pièce. L’alliage est coulé sous la seule action de la pesanteur dans le moule métallique (ou coquille) qui se décompose en plusieurs parties. Comme ce procédé intéresse les fabrications en grande série, les coquilles sont actionnées mécaniquement (fermeture et ouverture), ce qui les rend plus précises et assure une fabrication homogène.

Presque tous les alliages (sauf les aciers, du moins à l’échelle industrielle) peuvent être coulés par ce procédé. En France, 48 p. 100 du tonnage total de pièces en alliages d’aluminium moulés, 58 p. 100 des cupro-aluminiums et 44 p. 100 des laitons sont coulés par gravité; pour le moment, en ce qui concerne la fonte, on coule en coquille par gravité 0,5 p. 100 seulement du tonnage total (pièces pour l’automobile, en général).

Les coquilles sont exécutées, selon les besoins en durée, c’est-à-dire dans l’ordre croissant du nombre de pièces à faire, en cupro-aluminium, en laiton, en alliage d’aluminium, en fonte ou en acier. Par rapport au moulage en sable, le moulage en coquille par gravité présentait de nombreux avantages, moins nets avec la nouvelle technologie:

– l’obtention courante de précisions de size=1^梁 0,4 mm, pouvant être portées à size=1^梁 0,1 mm suivant l’alliage et la précision de l’outillage (moule et noyaux);

– l’usinage réduit des pièces dont l’homogénéité permet d’envisager un usinage automatique;

– la production de pièces plus belles, plus propres, étanches et en général plus légères (ainsi, les culasses à ailettes de petits moteurs);

– un refroidissement plus rapide de l’alliage coulé (évacuation rapide de la chaleur par le métal constituant la coquille), lequel entraîne une amélioration des propriétés mécaniques de la pièce.

Mais les genres de pièces sont limités, notamment quant à leurs dimensions et à leur tracé; les outillages sont chers et doivent être amortis facilement, sinon le procédé peut perdre beaucoup de son intérêt.

Moulage en coquille coulée sous pression

L’idée de couler sous pression est plus récente; elle remonte à 1830. Ses débuts industriels datent de 1840 mais son véritable essor coïncide avec celui de l’automobile (1904). En 1930, le procédé fut appliqué sur une grande échelle aux alliages de zinc (zamaks) dès qu’on put les obtenir très purs, puis en 1935 aux alliages d’aluminium et un peu plus tard aux alliages de magnésium. Il s’est ensuite beaucoup développé; on a même cherché à l’utiliser avec plus ou moins de succès pour les alliages de cuivre et, de nos jours, on envisage la coulée sous pression des fontes et même des aciers.

Le procédé consiste à produire en très grande série des pièces de dimensions exactes qui n’auront pas à être usinées ultérieurement ou ne recevront qu’un très faible usinage. Pour ce faire, on refoule sous pression élevée (5 à 1 500 bars et même davantage) de l’alliage à l’état liquide ou pâteux dans un moule en acier, appelé aussi coquille, dont le poids peut atteindre une vingtaine de tonnes et qui est usiné avec grande précision.

Cette opération se fait sur des machines spéciales dont certaines atteignent des dimensions respectables (par exemple: 11 m 憐 4 m 憐 3 m), la pression de fermeture de la coquille atteignant et même dépassant 2 500 t. Ces machines automatiques se classent en deux catégories suivant le mode d’injection du métal:

– des machines à chambre froide (alliages d’aluminium, de magnésium ou de cuivre), où la quantité de métal nécessaire à la coulée de la pièce est puisée manuellement ou mécaniquement dans un four de maintien en température, introduite dans un cylindre creux en acier nitruré où se meut un piston qui oblige l’alliage liquide ou pâteux à entrer dans la coquille et la remplir sous une pression déterminée;

– des machines à chambre chaude (alliages de zinc, alliages d’étain et de plomb), où le dispositif d’injection est en contact permanent avec l’alliage liquide toujours contenu dans un four de maintien en température; l’injection de l’alliage liquide dans le moule se fait soit par action d’air comprimé sur la surface du métal en fusion soit par action d’un piston.

La tendance actuelle étant d’utiliser aussi les machines à chambre chaude pour les alliages d’aluminium ou de magnésium, la distinction faite entre les machines selon la nature de l’alliage à couler n’est plus aussi nette. Par ailleurs, on a cherché à réaliser dans le moule un vide presque total pour obtenir des pièces plus minces, de plus bel aspect encore, coulées à plus basse température et à des cadences plus élevées. Enfin, des essais ont été effectués pour couler des aciers sous pression dans des coquilles en molybdène.

La nuance de l’acier constituant la coquille varie avec la température initiale de fusion de l’alliage: pour les alliages à basse température, on utilise l’acier au carbone et, pour les autres, les aciers alliés (à base de chrome allié à du molybdène, du nickel, du tungstène, du vanadium) deviennent nécessaires.

Les pièces justiciables d’un tel procédé peuvent être compliquées extérieurement (sans exagération), mais doivent être simples intérieurement (noyaux métalliques à enlever) et d’épaisseur aussi uniformes que possibles. On obtient des pièces de très bel aspect, de très haute précision (le dixième de millimètre est assez couramment obtenu et l’usinage semble parfois superflu), interchangeables (usinage possible sur machine transfert), avec possibilité d’insérer des pièces métalliques (axes, goujons, douilles) ou non (étoffe, soie de brosse, verre). Le refroidissement rapide améliore les propriétés mécaniques de l’alliage, et la pression d’injection élevée permet d’obtenir des pièces étanches (carburateurs en zamak). Mais les dimensions des pièces sont limitées (puissance des machines, alimentation correcte du moule en alliage liquide).

En France, 47 p. 100 du tonnage d’aluminium moulé sont coulés sous pression (États-Unis: 57 p. 100; Grande-Bretagne: 49 p. 100; Allemagne: 56 p. 100). Les alliages de zinc sont en majorité coulés sous pression, et pour une part en coquille par gravité.

Le coût des matériels et machines mis en œuvre oblige à ne concevoir que des fabrications de pièces en très grande série pour un tel procédé qui illustre l’aspect moderne de la fonderie.

Moulage en coquille coulée par centrifugation

C’est en 1809 que l’Anglais Eckhart dépose le premier brevet concernant ce procédé. En 1850, Shanks réalise une machine à centrifuger tournant selon un axe horizontal. Vers 1860, Whitley et Power proposent une machine à axe vertical. En 1881, Lane et Foerster inventent une machine industrielle où le moule, tournant horizontalement, se déplace également sur son axe, et Briede met au point un chenal en forme de goulotte pour la coulée de l’alliage dans le moule.

Arens et De Lavaud conjuguent leurs efforts pour mettre au point des machines capables de couler des tuyaux en fonte par centrifugation (époque du développement du gaz d’éclairage et de la distribution de l’eau potable dans les villes). Mais c’est seulement en 1930 que se développe à l’échelle industrielle la coulée par centrifugation de tuyaux de canalisation et, au cours de la Seconde Guerre mondiale, le procédé est appliqué à d’autres pièces que les tuyaux.

La coulée par centrifugation consiste à couler l’alliage le long d’un axe autour duquel le moule est animé d’un mouvement de rotation. Les masses liquides sont soumises à une force (F = m 諸²r ) qui tend à les éloigner de l’axe de rotation, force qui est d’autant plus grande que la masse volumique de l’alliage est plus élevée (les métaux lourds peuvent être rejetés vers l’extérieur de la pièce), que la distance r des masses liquides à l’axe et leur vitesse de rotation 諸 augmentent. Ainsi donne-t-on à l’alliage liquide introduit dans le moule une accélération plusieurs fois égale à l’accélération de la pesanteur. Par ailleurs, la pression étant exercée pendant toute la durée de la solidification du métal, elle permet de réduire le poids d’alliage coulé par rapport au poids de la pièce obtenue (le rendement en métal, qui est de l’ordre de 50 à 60 p. 100 avec les autres procédés, passe à 90-95 p. 100) et d’obtenir une structure bien plus fine, plus compacte et souvent plus homogène. Les pièces ainsi réalisées sont étanches (d’où l’emploi du procédé pour fabriquer des canalisations en fontes et en aciers), résistent mieux à la corrosion et présentent des propriétés mécaniques améliorées.

Ce procédé non universel fait en quelque sorte le trait d’union entre l’emploi des moules semi-permanents et celui des moules destructibles après la coulée de la pièce (sable ou autre matière réfractaire). En effet, suivant le nombre de pièces à réaliser et la matière de l’alliage coulé, le moule peut être soit métallique (aciers alliés, fontes alliées, cuivre à conductibilité thermique élevée mais cher), soit en graphite, soit en sable vert ou durci; mais sa nature dépend également du mode de centrifugation utilisé:

– centrifugation pure , pour obtenir sans noyaux des pièces creuses (en fontes, aciers, bronzes à l’étain, au plomb ou phosphoreux), dont l’axe de révolution sera l’axe de rotation du moule (en métal, graphite ou sable vert), lequel peut être vertical (pièces en forme de pot), incliné (pièces en forme de couronne) ou horizontal (tubes ou tuyaux);

– semi-centrifugation , pour les pièces en fontes, en aciers ou en bronzes ordinaires n’ayant qu’un axe de symétrie, qui sera l’axe de rotation du moule (en métal, en graphite, sable vert ou durci), lequel est obligatoirement vertical (galets de roulement, roues et vis sans fin, barres d’attelage);

– coulée sous pression centrifuge , pour pièces en aciers, fontes ou bronzes ordinaires sans axe de symétrie ou de révolution, pouvant donc être de forme quelconque, creuses ou non, réparties avec équilibre dans le moule constitué par des galettes superposées (en sable vert ou durci) autour de l’axe de rotation du moule, axe selon lequel se fera le remplissage du moule en alliage liquide, donnant ainsi des grappes de pièces.

Il est à remarquer que les alliages d’aluminium ou de magnésium, de faible masse volumique, nécessitent des vitesses de rotation élevées; il en résulte que le procédé n’est pas industriellement utilisé pour ces alliages (sauf pour la fabrication de certains rotors en forme de cage d’écureuil).

Ce procédé permet de réaliser des pièces bimétalliques, constituées pour les parties travaillantes par un alliage à caractéristiques mécaniques ou spéciales, et pour la partie centrale par un alliage moins cher et plus facile à usiner, les alliages étant coulés simultanément et soudés à la coulée (roues, galets, tubes, cylindres divers).

Le tableau 2 résume les caractéristiques d’utilisation des trois genres de moulage traditionnel en moule semi-permanent.

3. Procédés spéciaux

La presque totalité des procédés spéciaux utilise le sable comme matière première. D’une façon générale, on a cherché à faire l’économie de l’étuvage des moules (grosses pièces notamment) et (ou bien) à augmenter la précision du moulage, soit en évitant le démoulage du modèle (emploi de modèle perdu), soit en durcissant par une prise à froid ou à chaud le moule avant démoulage. Leur nombre est considérable, il augmente sans cesse et l’on ne peut ici qu’en décrire le principe.

Moulage à la cire perdue

Le moulage à la cire perdue est un procédé ancien qui a été rénové. C’est aussi un procédé de grande précision à modèle perdu, utilisable pour des pièces relativement petites (on en a coulé cependant qui atteignent 125 kg) et plutôt en série. Le moule est constitué par un mélange composé de sable siliceux, de sillimanite ou de zircon et d’un liant faisant prise par cristallisation (plâtre, ciment alumineux ou magnésien), par gel (hydrolyse du silicate de sodium ou du silicate d’éthyle avec un accélérateur de prise) ou par polymérisation (résines en poudre, peu employées à vrai dire). Ce mélange est coulé autour d’un modèle en cire (ou en polystyrène, pour de grandes séries de pièces), qui disparaît lorsqu’on porte l’ensemble à une température suffisante pour le faire fondre ou brûler. Le modèle laisse à sa place une empreinte sans couture dans le moule qui est cuit ensuite à 1 000 ⁰C environ. On y coule l’alliage, soit par gravité soit par centrifugation. Le moule peut être constitué par une simple coquille en matière réfractaire renfermant le modèle (procédé monoshell ). Le procédé permet d’obtenir des pièces de formes précises ou faites en alliages non usinables.

Moulage au mercure congelé

Encore appelé procédé Mercast, le moulage au mercure congelé est né aux États-Unis vers 1958. C’est un procédé à modèle perdu, ce dernier étant constitué par du mercure congelé à 漣 39 ⁰C (les diverses parties du modèle se soudent par rapprochement, côté original du procédé). Ce modèle congelé est revêtu, par trempage, d’une coquille en matière réfractaire (monoshell ). À la température ambiante, le mercure fondu est récupéré. On coule l’alliage dans l’empreinte laissée par le mercure. Ce procédé intéresse des pièces en série, dont les formes peuvent être compliquées.

Moulage en carapace

Apparu en Allemagne à la fin de 1944, le moulage en carapace est aussi appelé «procédé Croning», du nom de son inventeur, et, aux États-Unis, shell-molding . Le moule est en sable siliceux aggloméré à la chaleur par des résines phénoliques thermodurcissables (phénol-formol, ou phénol-formol-crésol) formant carapace autour du modèle métallique. La plaque portant le modèle est chauffée à 200 ⁰C pour former un moulecarapace de quelques millimètres d’épaisseur; l’ensemble est ensuite porté à 300-400 ⁰C pour polymériser la résine. On peut alors séparer du modèle la carapace durcie. Un moule est constitué de deux carapaces collées. Par ce procédé on obtient également des noyaux creux. Il concerne des pièces produites en moyenne et grande série (outillage cher) de dimensions petites et moyennes, mais précises, d’un poids maximal de 120 kg environ; la précision est analogue à celle des pièces obtenues par les procédés traditionnels du moulage en coquille coulée par gravité ou sous pression, mais les alliages coulés par carapace ne sont pas admis par ces derniers procédés et vice versa.

Moulage au plâtre

Le moulage au plâtre est sans doute le procédé le plus précis et le plus fin. Le moule est constitué par un coulis de plâtre que l’on verse dans un châssis autour d’un modèle en métal ou en résine, coulis présentant un retrait minimal ou nul lors de la prise ou du séchage ultérieur du moule (120, puis 230-240 ⁰C). Le coulis est constitué de plâtre semi-hydraté,d’eau, de silicate de sodium (qui accélère la prise), de talc (qui permet d’obtenir de belles surfaces), d’amiante (qui évite ou compense le retrait du plâtre), de sable siliceux (qui augmente les propriétés réfractaires). Le procédé s’applique à des pièces en alliages non ferreux de poids relativement faible (quelques kilos), mais devant être de bel aspect et très précises (bronze au beryllium par exemple, très dur, difficile à usiner).

Autres procédés spéciaux

Les autres procédés – dont le choix dépend des fabrications à réaliser – utilisent le sable siliceux comme matière première de base. L’agglomération du sable pour constituer des moules est obtenue de différentes façons par l’addition de matières faisant prise à chaud ou à froid, le mélange pouvant être très fluide et ne nécessiter aucun serrage. Ces matières sont les suivantes:

– des huiles siccatives (sans étuvage en principe);

– le silicate de sodium dilué, seul, avec parfois une légère cuisson;

– le silicate de sodium durci à froid par l’utilisation de divers ingrédients tels que: gaz carbonique, insufflé dans le moule; silicium en poudre (pour les grosses pièces); laitier de haut fourneau; silicate dicalcique;

– des résines diverses, soit durcies à chaud, telles les résines urée-formol, les résines phénoliques (novolaques ou résols), les résines furanniques pures ou résines de mélamine; sont durcies à froid, comme la résine formo-phénolique (novolaque) durcie à froid par le gaz carbonique, les résines furanniques, phénoliques, glycérophtaliques, avec catalyseur.

Il convient enfin de signaler l’utilisation du procédé de coulée continue pour la fabrication de profilés en alliages de fonderie: acier, fontes alliages de cuivre (notamment bronzes à l’étain, bronzes au plomb, cupro-aluminiums), alliages d’aluminium. Cette coulée continue peut être horizontale (fontes, par exemple) ou verticale (alliages de cuivre: fig. 2).

• XVI^e; fondrie « action de fondre » 1373; de fondre

1 ♦ Technique et industrie de la fabrication des objets en métal fondu et coulé dans des moules. ⇒ 1. fonte. Opérations de fonderie : fusion, coulée, démoulage, ébarbage. Pièces de fonderie.

2 ♦ (XVI^e) Usine où l'on fond le minerai pour en extraire le métal. ⇒ aciérie, forge. Fontes préparées dans une fonderie.

♢ Atelier où l'on coule du métal en fusion pour fabriquer certains objets. Cubilots d'une fonderie. — Brut de fonderie.

Synonymes :

n. f. TECH Art de fabriquer des objets métalliques par moulage du métal en fusion.

|| Usine dans laquelle on fabrique ces objets.

⇒FONDERIE, subst. fém.

A.— Art de fondre et de purifier les métaux. En aciérie et même en fonderie d'alliages de cuivre et d'alliages légers, la fusion aux creusets est en régression extrêmement marquée, les fours électriques, nous le verrons, tendant à les remplacer (GUILLET, Techn. métall., 1944, p. 60).

B.— Usine où l'on fond et purifie les métaux. La fonction d'imputation ne se réalise pas de la même façon (...) dans une aciérie moderne et dans une fonderie vétuste (L'Univers écon. et soc., 1960, p. 4414).

— P. anal. ,,Lieu où l'on fond la cire`` (Ac.).

C.— Usine où l'on fabrique des objets en métal fondu. La Société Anonyme des Hauts-Fourneaux et Fonderies de Pont-à-Mousson, qui fournit les tuyauteries (Industr. fr. engrais chim., 1956, p. 12) :

• John Wilkinson (...) qui réalisa à Bradley, autour de ses 6 hauts fourneaux, une véritable concentration verticale, des mines de fer et de charbon à l'entrepôt de Londres (en passant par la fonderie de tuyaux, la fonderie de canons et la cimenterie)...

LESOURD, GÉRARD, Hist. écon., 1968, p. 212.

Prononc. :[]. Étymol. et Hist. 1. 1373 fondrie « art de fondre les métaux » (Tut. des enfants de Maigne dou Gardin, A. Tournai ds GDF. Compl.); 2. 1540-50 « atelier ou usine où l'on fond les métaux » (J.-J. GUIFFREY, Comptes des bâtiments du roi t. 1, p. 193); 3. 1680 « fabrique d'objets en métal fondu (caractères d'imprimerie, monnaies, etc.) » (RICH.). Dér. du rad. de fondre; suff. -erie. Fréq. abs. littér. :61.

fonderie [fɔ̃dʀi] n. f.

ÉTYM. XVI^e; fondrie « action de fondre », 1373; de fondre.

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1 Technique et industrie de la fabrication des objets en métal fondu et coulé dans des moules. ⇒ Fonte. || Les origines de la fonderie remontent à la plus lointaine antiquité. || Opérations de la fonderie. || Pièces de fonderie.