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Avantages de fabrication des pièces moulées

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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.

 

Tableau comparatif du coût de transformation par rapport à la complexité des composants


À mesure que la taille et la complexité des composants s’accroissent, le coût par unité de poids des pièces transformées peut augmenter rapidement, tandis que celui des pièces moulées diminue parfois grâce à des caractéristiques améliorées de moulage et au meilleur rendement des grands moulages. Des processus de moulage donnant des formes presque définitives et des finis de surface dans la gamme de 50 à 500 millièmes de pouce permettent de maintenir au minimum les coûts de production en réduisant ou en éliminant les opérations d'usinage.

 



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.

 

Figure du facteur de concentration des contraintes


La figure ci-dessous présente les résultats de l'analyse des contraintes au plan de joint d'un modèle en résine acrylique, qui montrent que le facteur de concentration des tensions d'une soudure est beaucoup plus élevé que celui d'un moulage profilé de façon à réduire au minimum la concentration des contraintes.

 
  La fonte un produit composite naturel
 



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