Micro-mémoire de stage : Méthode de la cire perdue

Micro-mémoire de stage :

Méthode de la cire

perdue

Travail réalisé par Quillivic Robin de l'école Centrale de Lille et complété par Sarah El Maroudi de SLSB Lyon édition 2018

elena

Boîte de texte

Nominé aux Global Industrie Awards 2018

Timothée

Stamp

Timothée

Stamp

Découverte de la fonderie CIRE PERDUE

Travail réalisé par Quillivic Robin de l'école Centrale de Lille et complété par Sarah El Maroudi de SLSB Lyon

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Fonderie Cire Perdue

INTRODUCTION :

La réalisation de pièces en fonderie "cire perdue" est une méthode peu connue de la plupart des bureaux d’études ; elle permet de finaliser la production de vos pièces, d'en diminuer le poids, d'améliorer le design de vos produits et surtout d'en réduire le coût. Cette brochure réalisée par nos stagiaires français vous permettra à travers quelques exemples d'utilisation de mieux appréhender les

procédés et les étapes de fabrication.

I) PRINCIPE

1) FABRICATION DE L'OUTILLAGE

2) CONSTRUCTION DU MODELE EN CIRE

3) FABRICATION DE LA CARAPACE EN CERAMIQUE

4) FABRICATION DE LA GRAPPE EN ACIER

5) FINITIONS DES PIECES

II) AVANTAGES

1) AVANTAGES

III) CAS D'UTILISATIONS LES PLUS INTERESSANTS

1) REMPLACER LES PETITES MECANO-SOUDURES

2) REALISER DES PIECES AVEC DES CARACTERISTIQUES MECANIQUES ELEVEES

3) REALISER DES PIECES AVEC UNE GEOMETRIE COMPLEXE :

4) FABRIQUER SANS PLAN

IV) GLOSSAIRE TECHNIQUE

1) TABLE DES MATERIAUX UTILISES

2) TABLE DE TOLERANCE DE LA NORME UTILISEE :

3) EXEMPLES

4) IMPRESSION 3D



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I) Principe

1) Fabrication de l'outillage

C'est un moule en aluminium ou en acier, qui a été usiné à partir du modèle 3D (Fichier .step) sur la

machine CNC (Computer Numerical Control) 5 axes.

Il va servir à fabriquer le modèle de la pièce en cire grâce aux presses hydrauliques.

Outillages pour l’injection de la cire.



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* : Cire recyclable donc moins chère. Elle est plus adaptée pour les plus grandes pièces.

**: Cire recyclée par des sous-traitants donc plus chère. Cette cire est plus précise et permet des surfaces plus lisses.

Dans cet exemple, la pièce a été fabriquée, à partir d'une pièce

réelle, sans aucun plan. Pour des raisons de taille nous avons

utilisé le moule en silicone.

2) Construction du modèle en cire Injection de la cire sous pression dans l'outillage.

Grace à des presses, la cire est modelée.

Apres durcissement, la pièce en cire est terminée

Dans le cas de petites pièces, la cire perdue est particulièrement économique. Les pièces en cire

sont confectionnées sur des grappes de pièces et ainsi augmenter la productivité :

Cire naturelle* Cire synthétique**

Les pièces de cires sont

collées autour d'un

système d'injection

(cylindre creux en cire),

qui permettra au métal

en fusion d'atteindre

toutes les pièces.



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3) Fabrication de la carapace en céramique Trempages :

Les grappes sont trempées dans un bac de détergeant pour les dégraisser.

Puis dans un premier bac de "talc"(mélange de sable assez fin, et de résines). Ce mélange

doit avoir des propriétés particulières car cela va définir la précision du moule.

Puis dans les intervalles de temps bien définis on applique les couches successives.

Et ainsi de suite, il y a en moyenne 6 couches différentes de plus en plus épaisses.

Trempage manuel

Ligne de trempage automatique



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Elimination de la cire :

A l'aide de la vapeur d'eau sous pression dans une autoclave.

A la température de 150 °C

Préchauffage :

Dans un four traversant à induction afin d’augmenter la température de la carapace

progressivement jusqu’à 900°C, pour préparer la carapace avant la coulée.

Carapaces en céramique formées de

petites* pièces

Carapaces en céramique formées de

grandes** pièces Carapaces en céramique formées de

moyennes* pièces

Carapaces incandescentes

*Plus petite pièce réalisée : 4 grammes et un volume de 1,5 cm3.

**Pus grande pièce réalisée : 35 kilos et un volume de 3,5 dm3



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4) Coulage du métal dans la carapace préchauffée Coulée :

L'acier est fondu dans des fours à induction à la température de 1500°C.

Puis coulée dans les carapaces préchauffées à 900°C

Remarque :

*Dans ce type de four, le poids d'un creuset est d'environ 100 kg. A partir d'un creuset, on peut former

entre 40 et 60 kg de pièces finies.

Destruction de la carapace : Grace à une machine vibrante qui enlève 90 % de la céramique

Carapaces en céramiques JUSTE AVANT

le bac vibrant

Carapaces en céramique JUSTE APRES

le bac vibrant

Opérateur sortant le métal fondu du

four à induction.

Opérateur versant le métal fondu dans les

carapaces en céramiques.



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Le reste de la céramique est enlevé avec des grenailleuses. Dans lesquelles on peut choisir

différentes tailles de grenailles (Moyen, fin, ou très fin) afin d’ajuster la rugosité (Ra).

Remarque :

*Les ateliers utilisent des grenaillages différents pour l'inox (Zirblast et Corindon)

*A ce stade, l'Inox est mat, pour le rendre brillant, il faut réaliser un électro polissage chimique ou manuelle

5) Finitions des pièces

Contrôle visuel de toutes les pièces (100%)

Traitement thermique, polissage manuelle, électro polissage chimique et usinage si nécessaire



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II) Avantages

1) Avantages Permet de réduire les couts : Il est possible de réduire les couts de production de certaines pièces

jusqu'à 50%. Exemple avec ces pièces qui étaient avant usinées:

L'outillage de la fonderie cire perdue est plus économique que le moulage en sable

La technique de la cire perdue permet d'éviter les dépouilles

Etat de surface : Le Ra moyen est de 6,3, mais il est possible d'atteindre 3,2 selon le type de

grenailles à utiliser :

Billes Acier

Billes Inox

Billes Corindon

Billes Zirblast

Pièce utilisée dans le médical Couple d'arrêt

Traitement de surface :

ELECTROPOLISSAGE CHIMIQUE



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Diversité :

Taille et poids des pièces très variables

Large gamme d'aciers, d'inox et de fontes

Plus grosse pièce réalisée:

35 kilos et un volume de 3,5 dm3

Plus petite pièce réalisée:

4 grammes et un volume de 1,5 cm3



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III) Cas d'utilisations les plus intéressants

1) Remplacer les petites mécano-soudures La fonderie CIRE PERDUE, permet de créer des pièces avec une géométrie complexe plus facilement.

Cela comporte plusieurs avantages :

Réduction des couts (moins d'étapes de fabrications)

Amélioration de l'esthétique de la pièce (pas de soudure)

Renforcement de la solidité de la pièce (coulée en un seul bloc)

Exemple :

2) Réaliser des pièces avec caractéristiques mécaniques élevées Certaines pièces, du fait de leur dureté sont difficiles et chères à usiner, la fonderie cire perdue permet de

réaliser ces pièces à moindre couts.

Exemple :

Elimination des

soudures et des

points de tensions

Hélice d'un concasseur, pièce d'usure,

qui doit donc être très dure.

Pièce en HARDOX par exemple.

Allégement du poids

par les évidements

et nervurages



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3) Réaliser des pièces avec une géométrie complexe :

4) Fabriquer sans plan Grâce au système de moule en silicone, la fonderie CIRE PERDUE permet de reconstituer des pièces sans

aucun plan, seulement à partir de pièces existantes (Anciens plans manuels, pièces cassées après l'usure ou

encore pièces de rechanges complexes).

Exemple :

Pièce réalisée sans plan

Différentes pièces avec des formes variées, que la fonderie CIRE PERDUE permet de réaliser plus facilement



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IV) Glossaire technique

1) Table des matériaux utilisés

Aciers carbonés Aciers alliés Aciers

inoxydables Aciers

réfractaires Aciers à outils Fontes

SAE 1020 20MnV5 1.4301 (AISI 304) X15 CrNi25 20 X38CrCrMoV53 GG-20

U 60-30 ASTM 15Cr3 1.4308 X40 CrNiSi25 12 X23CrNi17 GG-25

GS-45 16MnCr5 1.4401 X155CrMoV121

GS-52 17CrNiMo6 1.4408 (AISI 316)

GS-60 25CrMo4 1.4517

30CrNiMo8

42CrMo4

51CrV4

2) Table de tolérance : La norme utilisée pour les tolérances est la norme : ISO 8062-3 DCTG 6

Extrait de la norme : Dimensions en millimètres

Tolérances dimensionles pour les pieces en fonderie Cire perdue selon la cire utilisée

DCTG 6 Cire

synthétique

DCTG 8 DCTG 9 Cire naturelle

- ≤ 10 0.52 1 1.5

> 10 ≤ 16 0.54 1.1 1.6

> 16 ≤ 25 0.58 1.2 1.7

> 25 ≤ 40 0.64 1.3 1.8

> 40 ≤ 63 0.7 1.4 2

> 63 ≤ 100 0.78 1.6 2.2

> 100 ≤ 160 0.88 1.8 2.5

> 160 ≤ 250 1 2 2.8

> 250 ≤ 400 1.1 2.2 3.2

> 400 ≤ 630 1.2 2.6 3.6

> 630 ≤ 1000 1.4 2.8 4

> 1000 ≤ 1600 1.6 3.2 4.6

> 1600 ≤ 2500 - 3.8 5.4

> 2500 ≤ 4000 - 4.4 6.2

> 4000 ≤ 6300 - - 7

> 6300 ≤ 10000 - - -

Note :

* Les dimensions non cotées seront réalisées suivant ce tableau de tolérance et sans dépouille

*Etat de surface réalisable : 3,2.

Linear Dimensional Tolerance for Dimensional Casting Tolerance Grade (DCTG) per ISO 8062-3:

2007(E)



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3) Exemple pour les bureaux d’études :

Plan de la même pièce faite en mécano-soudure et en cire perdue :

Après : Pièce monobloc avec des fonctionnalités améliorées et un nouveau design.

Du fait que les soudures sont éliminées, les tensions sont supprimées et la planéité des faces fonctionnelles a été

améliorée.

Gain de temps et d'argent car tout ce fait dans un seul atelier.

Avant : Pièce dessinée en deux pièces soudées:

Une tôle découpée au laser

Une douille centrale.

Après l'opération dans l'atelier de soudage, il faut réaliser les cannelures



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Autres exemples passage de la technologie d’usinage à la fonderie cire perdue :

Réduction des coûts de fabrications et allègement du poids des pièces.

Avant la pièce était réalisée en acier zingué. La nouvelle version est en cire perdue en matière Inox

Réduction des coûts : 30 %



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Obtention des pièces de à partir de modèles imprimés en 3D

Prototype en acier utilisable dans les conditions réels

Préparation de l‘impression

Impression du modèle

3D

Préparation sur le

système de carotte

Création de la

carapace

Coulée du métal

dans la carapace

Modèle 3D en cire perdue



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Obtention de pièces en fonderie sans outillage en 2 semaines.

La méthode consiste à utiliser un filament en cire spéciale ayant les mêmes caractéristique

que la cire syntéthique grace auquel nous avons besoins d’aucun outillage. Cette méthode

est rentable jusqu’a des séries de 50 pièces.

Méthode Délais Cout de l‘outillage

Avec outillage traditionel (page 3)

10-14 semaines 1500-4000€

Avec modèle cire imprimé en 3D

3 semaines 0 €

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