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Histoire de la Fonderie Franco (3) : la fonte ou l’art de la matière

Ecrit en janvier-février 1988

 GROSSES PIECES et PETITES PIECES : des fabrications de qualité

Le point essentiel de toutes ces fabrications c’est d’apporter un « plus technologique ». Cette orientation date du PDG précédent, Jacques BARDOT. Celui-ci a compris, devant la crise des Fonderies, que la sienne ne subsisterait que si elle apportait quelque chose de différent sur le marché : d’où le choix d’utilisation de la fonte « G.S. » - et la décision de fabriquer des pièces particulièrement difficiles.

« Nous sommes donc obligés d’employer des techniciens et des techniciens supérieurs de haut niveau, et de disposer de moyens de contrôle approfondi de la qualité de nos fabrications. Voilà pourquoi, aussi, nous ne sommes pas capables de faire des pièces simples et pas chères ».

Deux types de fabrication : les grosses pièces et les petites.

LES GROSSES PIECES vont de 50 kg à 3 tonnes. Deux ateliers les fabriquent, l’un rue Amand Franco, l’autre en zone industrielle. Ce dernier atelier, très récent (1986), organisé de façon rationnelle, permet une productivité plus élevée.

Des exemples de fabrication : des culasses de gros moteurs Diesel (1,5 tonne par cylindre !) ou des stations fixes pour les centrales électriques dans les îles - des disques de frein pour le métro ou le V.A.L. - des gros vilebrequins (2 m de long) pour les compresseurs - des pièces de sécurité pour les tracto-pelles - etc. - toutes ces pièces se font encore rue Amand Franco. L’atelier de la Route de Vitré fabrique des ponts-arrière de camions.

« Tous ces modèles sont très difficiles, techniquement, à effectuer, et chaque pièce est contrôlée, une à une, pour vérifier qu’elle ne présente aucun défaut : on ne peut pas jouer avec la sécurité quand on fait des pièces pour les matériels de transport de voyageurs, par exemple » dit M. ROY

LES PETITES PIECES - de 2 à 50 kg, concernent les boîtiers de direction - les moyeux de roues - les distributeurs hydrauliques - les trains-avant des poids lourds - là aussi, on retrouve une exigence de sécurité.

La plupart des fabrications sont faites en « Fonte GS » - mais la fonte grise représente encore 10 à 15 % du tonnage.

L’AVENIR : la Fonderie FOCAST espère, bien évidemment, développer son secteur grosses pièces, plus « porteur » et s’installer totalement en zone industrielle pour pouvoir disposer d’ateliers modernisés. Mais entre le rêve et la réalité, il n’y a qu’un mot : l’argent, dont les dirigeants ne disposent pas suffisamment.

Mais la réputation de FOCAST n’est plus à faire, au point que le carnet de commande est bien rempli et que la charge de travail est assurée jusqu’en avril-mai 1988, avec même des heures supplémentaires imposées aux salariés. Au point qu’on se dit que la Fonderie pourrait bien embaucher...

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Carter d’échappement de turbo-compresseur de suralimentation diésel

La pièce ci-contre est destinée au refroidissement par eau des gaz d’échappement à 600 °C. La pièce, vue en coupe, permet de voir la complexité des cavités intérieures.

 

 LA FONTE : l’art de la matière

La réalisation d’une pièce de fonderie nécessite d’abord tout un travail d’approche : savoir si la pièce cadre avec les capacités de l’entreprise, étude de toutes les caractéristiques (plans, nature de la fonte, prix prévisionnel, délai de production). Lorsque la commande est définitive, le service commercial fixe un délai, en accord avec le client, pour présenter les premières pièces qui serviront ensuite de « pièces de référence ».

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Atelier de Modelage

Le bureau des méthodes étudie alors la conception des outillages nécessaires : plaques-modèles, boites à noyaux, etc. (voir plus loin) et transmet les plans à un modeleur chargé de la réalisation de ces outillages. Ensuite, les premières pièces sont réalisées et disséquées pour voir si elles satisfont aux demandes du client : qualité, dimensions, aspect. Quand la pièce est jugée bonne, elle est envoyée au client qui l’essaie et la teste. Si, enfin, le client est satisfait, il donne le feu vert pour la fabrication en série.

Après l’étude détaillée de la pièce, on détermine les chantiers sur lesquels elle doit passer : chantier grosses pièces, ou unité mécanisée ou moulage main.

Puis on commande l’outillage, c’est-à-dire le modèle et les boites à noyaux (si besoin est). On fabrique d’abord deux demi-modèles, montés sur des « plaques-modèles » qui servent à reproduire les formes extérieures de l’objet commandé. Puis on fabrique une ou plusieurs « boite à noyaux » qui servent à obtenir les formes intérieures de l’objet.

Avec l’outillage on fait un moule.

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Moulage et coulée

 MOULAGE ET COULEE

Voici par exemple l’exécution d’une pièce de fonte appelée « cale de montage »
- 1) placer la partie plane du modèle sur un marbre
- 2) placer un châssis et « serrer » du sable, très fort, autour du modèle, par couches successives
- 3) retourner alors le châssis et mettre en place le demi-modèle supérieur et une « descente de coulée » par laquelle on fera couler le métal liquide
- 4) placer le châssis du dessus et serrer du sable dans la partie du dessus
- 5) séparer les deux chssis et enlever les deux demi-modèles et tracer le chenal de coulée
- 6) mettre en place le noyau et « cramper les deux châssis ensemble. Il ne reste plus qu’à couler le métal
- 7) lorsque la fonte liquide s’est solidifiée, on procède au « décochage » qui permet de récupérer la pièce moulée

Qu’est devenu le « noyau » de la pièce ? Tout simplement, il s’est désagrégé. En effet, les noyaux sont toujours faits en sable « à prise chimique », c’est-à-dire du sable siliceux avec un « liant » (résine et catalyseur). Au moment de la coulée, le métal liquide, brûlant, fait disparaître la résine et le noyau redevient du sable qui peut ensuite s’écouler hors de la pièce.

 Moules et noyaux ne servent qu’une fois

Quelques détails :
- un moule ou un noyau ne peut faire qu’une seule pièce à chaque fois. Au moment du décochage, tout le sable est éliminé. Il est ensuite réutilisé pour faire d’autres moules et d’autres noyaux, à partir du même modèle de base. D’Où l’importance de ce modèle initial.

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Mise en place d’un noyau

- Les moules sont faits en « sable à vert » ou en sable à prise chimique. Le moulage à vert est la méthode la plus largement utilisée : il consiste à utiliser un moule constitué de sable argileux humide comprimé. L’expression « à vert » indique que le moule n’est ni séché ni étuvé.

La plupart des pièces moulées de grande dimension ou de poids important sont fabriquées dans des moules de sable dur pour être assez résistants pour supporter une pression métallostatique importante.

Il existe d’autres types de moulage : en carapace, ou sous vide, ou en coquille, ou en céramique ou même « à modèle perdu » (ces derniers utilisant de la cire ou du polystyrène, selon les cas). Pour plus de détails, se reporter au Manuel des Fontes Moulées publié en 1983 par les Editions Techniques des Industries de la Fonderie (44 av. de la Division Leclerc 93310 SEVRES)

 Des « masselottes »

La « masselotte », c’est un important excédent de métal, réservé à la partie supérieure des pièces, afin d’éviter les retassures dans les pièces. On sait en effet que le métal se rétracte en refroidissant, qu’il diminue de volume, qu’il se « tasse », c’est pourquoi il est prévu, aux endroits stratégiques, des réservoirs appelés « masselottes » qui fournissent à la pièce une quantité supérieure de métal.

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Atelier d’ébarbage

 Décochage et ébarbage

L’opération consistant à couler la fonte d’une poche dans un moule demande une certaine habileté, mais n’entraîne pas de complication. Les poches, commandées à distance, réduisent la fatigue de l’opérateur ; les dispositifs de coulée récemment mis au point versent une quantité de fonte dosée, à une vitesse déterminée.

Une fois le métal contenu dans le moule, il faut attendre le refroidissement dont la durée dépend de la dimension de la pièce. Pour certaines pièces de 50 tonnes, cela peut demander 8 à 15 jours.

Quand le moule est suffisamment refroidi, on décoche la pièce moulée en secouant le moule ou en le cassant en plusieurs parties. On recueille alors une pièce brute qui exige d’être dessablée et « ébarbée » pour éliminer le réseau des canaux d’arrivée de la fonte liquide (dispositif de coulée), les bavures (à la jonction des deux parties du moule), les excroissances du métal (masselottes), etc. On utilise pour cela des marteaux burineurs, ou toute une gamme de machines à meuler.

La pièce est ensuite « grenaillée » par bombardement de petites billes métalliques de 1 mm de diamètre, de façon à éliminer totalement le sable et la calamine qui adhèrent à la surface. La pièce passe ensuite au contrôle, et subit éventuellement diverses opérations d’usinage (ou de pré-usinage) ; selon les demandes des clients.

Peinture (si nécessaire), palettisation, expédition. C’est fini.

 La fonte G.S. et les autres

Les fontes

« La fonte paraît un métal simple, mais sa nature est essentiellement mystérieuse » a dit le savant métallurgiste Joseph GLANVILLE il y a environ 300 ans. En fait, on ne devrait pas parler de « la » fonte mais « des » fontes, comme il y a « des » aciers.

Le mot fonte vient du verbe « FONDRE » et dès l’antiquité, les hommes ont fondu du cuivre et de l’étain pour faire du bronze. Peu à peu le mot « fonte » a désigné un alliage de fer et de carbone. Mais tout est dans le dosage.

Dans les mines de fer, on trouve du fer mélangé à une gangue de sable (silicium), et de divers autres matériaux (manganèse, phosphore, etc.) Ce minerai de fer est introduit dans un haut-fourneau avec du coke et un « fondant » (la castine par exemple) et il en sort un produit liquide qu’on appelle « FONTE DE PREMIERE FUSION ».

Si l’on affine cette fonte, en la brûlant d’une certaine façon, on obtient de l’acier, lequel comporte moins de carbone et moins de 0,2% de silicium.

Si l’on ne veut pas faire de l’acier, on coule la fonte de première fusion sous forme de lingots, de « pains » qu’on appelle des « gueuses de fonte ». Ce sont des fontes neuves qui servent à faire des « fontes de seconde fusion ».

Une fonderie comme FOCAST achète des fontes neuves (qui sont chères), mais aussi des chutes d’acier venues de l’industrie automobile. Elle réutilise ses propres pièces mises au rebut et toute fonte récupérable, et tout ça est mis dans un cubilot ou dans un four électrique, avec du coke et de la chaux, pour obtenir une « fonte de deuxième fusion », celle qui sert à faire les pièces moulées.

Il y a plusieurs sortes de fontes. Les plus courantes sont :
- la fonte à graphite lamellaire - appelée aussi fonte grise
- la fonte à graphite sphéroïdal (fonte GS)
- les fontes malléables
- la fonte blanche
- les fontes à graphite vermiculaire
- les fontes fortement alliées
- etc.

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Remmoulage

Les deux plus courantes sont la fonte grise et la fonte GS.

La fonte grise

Son nom vient de la couleur grise du métal, couleur qui est due aux lamelles de graphite qu’il contient. C’est un type de fonte facile à usiner, qui présente une bonne résistance à l’usure et une grande capacité d’absorption des vibrations. Mais c’est une fonte fragile et cassante. Nous verrons pourquoi plus loin.

Les fontes grises sont appréciées pour leur aptitude à se laisser mouler en formes complexes, avec un coût relativement faible On en fait par exemple des compresseurs de réfrigérateur ménager, des corps de distributeurs hydrauliques, des radiateurs d’appartement, des carters de boite de vitesse ou des moteurs électriques, etc.

La fonte G.S.

Les fontes GS ont été découvertes vers les années 1947-50 par un savant qui cherchait à fabriquer une fonte moins cassante que la fonte grise. Alors il a procédé, par tâtonnement, à de multiples essais, rajoutant, dans un bain de fonte grise, divers composants, à des dosages multiples, jusqu’à ce qu’il découvre qu’une quantité infime de magnésium, de l’ordre de 0,06 % transformait la fonte grise en une fonte, presque aussi facilement usinable et résistante mais plus « élastique » et aussi résistante que de l’acier, capable de supporter de lourdes charges avec peu de déformation.

On utilise de la fonte GS pour le dispositif de retournement des charrues, pour les moyeux de roues de gros camions, pour les roues dentées utilisées dans les boîtes d’engrenages des pompes des puits de pétrole, pour les turbo-alternateurs et les collecteurs d’échappement d’automobile, etc.

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La forme du graphite

 La forme du graphite

Une fonte est « lamellaire » ou « GS » selon la forme du graphite (= carbone) que contient le métal.

Le graphite, c’est du carbone qui se mélange au fer lorsqu’on fait chauffer le fer avec du coke.

Le graphite, on connaît, c’est ce qui fait la mine de nos « crayons de bois » ou « crayons à papier ». Dans la fonte lamellaire, le graphite a la forme de lamelles. Dans la fonte GS, le graphite a la forme de sphères.

Qu’est-ce que ça change ? Imaginez un morceau de caoutchouc que vous lardez de coups de couteau. Tirez sur le caoutchouc : il se déchire facilement parce que toutes les forces qui s’appliquent au bord des « lèvres » de la déchirure finissent par se concentrer aux deux extrémités, dans l’axe des lamelles. Voilà pourquoi la fonte lamellaire casse facilement.

Le même morceau de caoutchouc percé de coups de poinçon et soumis à une traction, ne se déchire pas parce que les forces restent dispersées tout autour du trou et ne peuvent se concentrer en un ou deux points. La fonte GS, où le graphite a la forme de sphères, est donc moins fragile et cassante que la fonte lamellaire.

 Les autres fontes

Les fontes blanches ne contiennent pas de graphite. La majeure partie du carbone est présente sous forme de carbure de fer. Ce sont des fontes très dures, très fragiles, et difficiles à usiner. On les utilise pour fabriquer des pièces résistant à la corrosion ou aux températures élevées. Par exemple : raffinage de pétrole, manutention de produits alimentaires, transport de produits chimiques, résistance à l’eau de mer, plomberie des laboratoires de chimie, broyeurs, etc.

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Remmoulage

Les « fontes alliées » ont à peu près les mêmes utilisations, ce sont des alliages de fonte avec du chrome, du nickel, de l’aluminium, du molybdène, ...

Les fontes malléables sont obtenues en faisant subir à la fonte blanche un traitement thermique. Il existe des « malléables à cœur blanc » et des « malléables à cœur noir ». Ne rentrons pas dans les détails ! Ces fontes ont un bon comportement mécanique qui les rend particulièrement aptes à un large éventail d’applications : fourchettes de joints de cardans, carters de ponts-arrière, étoiles de moyeux de camions, accessoires pour lignes électriques aériennes, etc.

Les fontes à graphite vermiculaire sont à mi-chemin entre la fonte grise et la fonte GS. On les utilise pour des tambours de frein soumis à des sollicitations élevées, des vérins hydrauliques, des collecteurs d’échappement et toute une variété de carters.

Le choix d’une fonte est lié d’abord à la pièce, à ce qu’on veut en faire, aux contraintes qu’elle doit subir. Ensuite, mais ensuite seulement, intervient le souci du prix de revient.

REMERCIEMENTS

Le dossier « FONDERIE » a été réalisé par B. POIRAUD avec la collaboration de MM Jacques BARDOT, Joseph BOUCHERIE, Arthur DEROCHE, Jean-Claude JANNAULT et Lionel ROY et d’autres, qui ont accepté de donner des explications et des souvenirs, voire des photos.

Différentes revues ont servi de référence technique :
-  les « Bulletins de liaison » des Éts HUARD - de 1956 et 1966
-  le bulletin « le fondeur » paru à la Fonderie en 1979
-  le tome 1 du « Cours élémentaire de Fonderie »
-  et le « Manuel des Fontes Moulées » publié par les Editions Techniques des Industries de la Fonderie

La Fonderie Huard est devenue Focast puis Pebeco. Voir l’histoire récente : http://www.journal-la-mee-2.info/article.php3?id_article=527


(1) Le remmoulage a pour but de préparer le moule à recevoir le métal liquide : pose des noyaux et tirages d’air, "crampage" (= fermeture du moule).