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La Fonderie
existe depuis 5 000 ans tant pour la fabrication d'objets d'art
que d'articles utilitaires essentiels aux diverses activités humaines.
Pourquoi les produits moulés ont-ils joué un rôle aussi significatif
dans l'histoire humaine ? Pour l'artiste, le processus de moulage
est un moyen d'expression qui, en plus de n'imposer aucune restriction
quant à la forme, lui permet de reproduire fidèlement son œuvre
dans ses moindres détails, peu importe le degré de complexité. Les
concepteurs bénéficient de la même liberté de forme et de reproductibilité
du détail soit pour satisfaire à l'objectif fondamental de la conception
industrielle, soit pour optimiser la performance des divers composants
par l'adéquation entre la forme et la fonction. En plus d'une grande
souplesse à l’étape de la conception, le processus de moulage offre
d'importants avantages pour ce qui est des coûts, ainsi que de la
sélection et de la performance des matériaux.
Polyvalence
La grande souplesse
offerte par le moulage de composants au moment de la conception
va bien au-delà de la création de modèle aussi fonctionnels que
possible. On peut concentrer le métal à des points stratégiques,
de façon à optimiser la capacité de charge d'une pièce, ou l'amincir
dans les zones qui subissent une charge inférieure afin d'alléger
la pièce. On peut ainsi rationaliser la section transversale de
façon à diminuer les concentrations des contraintes, ce qui réduit
les coûts initiaux et ceux du cycle de vie grâce à la conservation
des matériaux et de l'énergie tout en améliorant la performance
des composants.
Les ingénieurs
concepteurs peuvent maintenant optimiser la forme et la performance
des moulages, rapidement et en toute confiance. Des développements
récents en CFAO, en modélisation des solides et en analyse des éléments
finis (AEF) permettent d'effectuer, dans des conditions d'exploitation
simulées, des analyses très précises des distributions des contraintes
et des déplacements des composants. En plus d'améliorer la conception
fonctionnelle, les capacités analytiques de la CFAO ont permis aux
maîtres fondeurs d'obtenir des moulages d'une solidité maximale
et de réduire les coûts de production par l'optimisation des caractéristiques
de solidification.
Réduction
des coûts
Les moulages
permettent de réaliser d'intéressantes économies par rapport aux
autres procédés de transformation et de forgeage pour une vaste
gamme de cadences de production, de tailles des composants et de
complexité des modèles. La mécanisation et l'automatisation des
processus de moulage ont permis de réduire de façon substantielle
le coût des moulages en grande série, tandis que des techniques
nouvelles et innovatrices, comme l'utilisation de modèles de polystyrène
et la création de modèles par CFAO, ont réduit de façon radicale
les temps et les coûts de développement des prototypes et des moulages
en quantités limitées. À mesure que s'accroît la confiance dans
les techniques d'AEF, on devrait noter une diminution de l'utilité
des prototypes, qui étaient souvent des pièces transformées limitant
les possibilités de la conception finale. De plus en plus, de nouveaux
composants passeront directement de l'étape de la conception à celle
du moulage de production.
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On peut baisser de façon significative les coûts de production
en remplaçant par des moulages les assemblages de pièces soudées
et/ou vissées. Cela permet aussi de réduire les coûts d'inventaire,
d'éliminer le besoin de tolérances précises d'usinage pour l'ajustement
des pièces et de supprimer la possibilité d'erreurs d'assemblage.
Ainsi, on peut réduire de façon significative les coûts d'ingénierie,
d'inspection et d'administration requis pour l'assemblage des
pièces. Une étude récente du National Center for Manufacturing
Sciences (NCMS) a montré qu'avec certaines machines-outils, le
remplacement de structures assemblées par des moulages en fonte GS peut se traduire par des économies de 39 à 50 %. Commentant
l'étude du NCMS, M. Gary Lunger, président d'Erie Press Inc.,
a déclaré : « Nous fabriquons d'énormes presses selon des
spécifications relativement précises. En choisissant la fonte GS plutôt que l'acier moulé, surtout pour les cylindres et
d'autres pièces, nous avons réalisé des économies significatives.
»
Avantages
des matériaux moulés
Les moulages
présentent des avantages par rapport aux métaux forgés grâce à
l'isotropie de leurs propriétés et, par rapport aux autres procédés
de transformation des métaux, grâce à leurs caractéristiques d'isotropie
et d'homogénéité. Les processus de façonnage utilisés pour produire
des pièces en métal forgé et des plaques de métal engendrent des
défauts de lamination qui peuvent les affaiblir de façon significative
dans la direction transversale au laminage. Pour la fabrication
d'ensemble, on réalise habituellement des assemblages complexes
par soudage de plaques et d'autres pièces forgées. Or, cette méthode
de fabrication peut réduire la performance des composants de deux
façons. D'abord, à cause des limites touchant le façonnage des
matériaux, elle crée souvent des arêtes vives qui concentrent
les contraintes ; ensuite, le point de déformation et de concentration
des contraintes est souvent une soudure, ce qui peut créer des
points faibles et des défauts générateurs de contraintes dans
les matériaux.
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