Nouveautés / info:

ÉVITER L’APPARITION DE RETASSURES SUR FONTE À GRAPHITE SPHÉROÏDAL

15.01.2013

L’idée de cette post est partager notre expérience et savoir-faire dans la fabrication de modèles en poli pour la fabrication des outils d‘estampation pour l’automobile et ainsi des autres secteurs.

Additionnement, et ou cas que vous vouliez consulter cette manuel plus tranquillement, veuillez trouver la version pdf.

MANUEL

MANUEL DE RECOMMANDATIONS POUR ÉVITER L’APPARITION DE RETASSURES SUR LES PIÈCES EN FONTE À GRAPHITE SPHÉROÏDAL

1

SOMMAIRE

1.     INTRODUCTION

2.     HISTORIQUE

3.     RETASSURE – DÉFINITION

4.     CARACTÉRISTIQUES GÉNÉRALES DE LA RETASSURE

5.     CAUSES

6.     ACTIONS PRÉVENTIVES

7.     RECOMMANDATIONS POUR LA CONSTRUCTION DES MODÈLES

8.     CAS PRATIQUES


 

1.     INTRODUCTION

Ce manuel a été élaboré à partir de l’expérience et des recherches effectuées par Fumbarri, ainsi qu’avec la collaboration de ses Clients et Fournisseurs et l’information obtenue auprès des Centres Technologiques-Métallurgiques, dans le but d’améliorer son produit et de minimiser l’apparition de défauts.

Historiquement, il est fréquent que durant l’usinage de géométrie de pièces, de mortaises, de trous ou de logements sur des pièces en fonte à graphite sphéroïdal (GGG ou JS), apparaissent des porosités de taille plus ou moins grande (macro ou micro retassure). Ainsi, Fumbarri a élaboré ce manuel afin d’étudier les causes d’apparition de retassures à l’intérieur des pièces et de les minimiser en définissant correctement les géométries de ces dernières durant la phase de conception ou de fabrication des modèles.

L’information et les recommandations apportées dans ce manuel servent d’explication et de complément au “Manuel de Recommandations pour la Construction et le Contrôle de Modèles en Polystyrène” élaboré par Fumbarri en 2004, spécifiquement dirigé à éviter les défauts de contraction du métal (Retassure).

2.     HISTORIQUE

Quelques images de pièces avec retassures sont exposées ci-dessous à titre d’exemple :

–           Retassure sur logement de douille de guidage de piston.

2 3 4

Observations du Défaut : Sur les modèles, les trous pour le logement des douilles de guidage n’avaient pas été réalisés.

–           Retassure au fond de la mortaise destinée au dégagement du détecteur de tôle.

6 7 8

Observations du Défaut : Sur le modèle, les dégagements pour les détecteurs de tôle et pour les centreurs n’avaient pas été réalisés.

–           Retassure sur les dégagements pour le passage de tourelles sur les pistons.

10 11

12

Observations du Défaut : Sur le modèle, les dégagements pour le passage des tourelles n’avaient pas été réalisés, ce qui a provoqué la formation d’une grande masse. 

–           Retassure sur dégagements pour le passage de tourelles sur les pistons.  

13

14

–           Retassure dans les trous pour le logement de colonnes.

15 16 17

Observations du Défaut : Sur le modèle en polystyrène, les trous pour le logement des colonnes n’avaient pas été pratiqués, ce qui a donné lieu à la formation de grandes masses et à l’apparition de retassures.

–           Retassures sur collecteurs d’eau de matrice d’estampage à chaud.

18 19 20 21 22

Observations du Défaut : En appliquant de la pression à l’eau, celle-ci fuit par les rainures du collecteur à cause de la présence de retassures. En effet, sur les modèles, les rainures étaient fermées, provoquant la formation de masses isolées, dans lesquelles sont localisées les retassures.

–           Retassures dans logement de vérin.

 23

Observations du Défaut : On détecte des retassures en usinant la mortaise destinée au logement du vérin. Si cette mortaise avait été réalisée sur le modèle, le défaut ne serait pas apparu.

–           Retassures dans le fond de mortaises.

 24 26

Observations du Défaut : Lors de l’usinage des dégagements, des retassures apparaissent au fond des mortaises. Ce défaut apparaît parce que le modèle du noyau a été fabriqué sans les mortaises.

–           Retassures au fond du logement du vérin.

28 29

–           Retassures dans les mortaises et dans les trous de guidage de vérins.

30 31 32

–           Retassures dans les mortaises pour le caoutchouc de limitation et dans le logement des réglettes de guidage du piston.

33 34

35 36

Observations du Défaut : En usinant les mortaises et les trous pour le caoutchouc de limitation, des retassures apparaissent. Le défaut apparaît parce que le modèle du piston a été fabriqué sans les mortaises. De la même façon, des retassures sont apparues dans les logements des réglettes de guidage, parce que dans ces parties, le modèle était pourvu des chevilles de manipulation à œillet de la pièce et des retassures sont apparues en les usinant.

37

–           Retassures dans les mortaises et dans les trous de guidage de vérins.

38 39 40 41

Observations du Défaut : Défaut très fréquent. En usinant les mortaises et les trous pour le logement et le guidage des vérins, des retassures apparaissent au fond des mortaises et à l’intérieur des trous. Cela est dû au fait que le modèle n’était pas pourvu de mortaises pour le logement des vérins.

  3.     RETASSURE – DÉFINITION

Cavité provoquée par la contraction liquide, généralement très irrégulière, avec des parois rugueuses du type dendrites. On la trouve en général à l’intérieur de la pièce, aux changements d’épaisseur de la pièce, ou à l’intérieur des parties massives et parfois, sous forme de dépression superficielle de taille variable.

42

4.     CARACTÉRISTIQUES GÉNÉRALES DE LA RETASSURE

43Les retassures se présentent sous la forme de cavités ouvertes à la surface extérieure de la pièce, ou de cavités fermées à l’intérieur de celle-ci. Les surfaces intérieures peuvent être lisses (Retassure Primaire) ou présenter une morphologie dendritique (Micro-retassure ou retassure secondaire). Dans le cas de certains alliages eutectiques, les retassures primaires peuvent apparaître avec des surfaces intérieures dendritiques.

Ce défaut étant un défaut de contraction, il se forme de préférence dans des zones de dernière solidification (centres thermiques de la pièce). Il peut se présenter dans des zones dotées d’angles intérieurs, apparaissant souvent durant les opérations d’usinage, à proximité de noyaux, de canaux de coulée, etc., en raison de la difficulté d’évacuation de la chaleur, un phénomène qui retarde la solidification du métal liquide.

Son incidence dépend de la contraction liquide-solide que présente l’alliage. Dans le cas des fontes à graphite, la fonte à graphite sphéroïdal est plus sujette à la formation de retassure secondaire, du point de vue des petits ou gros défauts, que la fonte à graphite lamellaire, en raison de leurs différents modèles de solidification.


 5.     CAUSES

Techniquement, les retassures se produisent lors du passage de la phase liquide à la phase solide, en raison de la forte contraction subie par le métal. Ainsi, les parties géométriquement massives, qui refroidissent plus lentement que le reste de la géométrie de la pièce, déplacent de la matière vers les zones qui refroidissent plus rapidement, générant des cavernes dendritiques (retassures) à l’intérieur. Ainsi, on distingue comme cause d’apparition de retassures :

  • La conception inappropriée de la pièce à couler, ainsi que des méthodes de coulée inadaptées.
  • La cause principale est la contraction expérimentée par le métal depuis l’état pâteux ou semi-solide jusqu’à la solidification définitive. Moins le métal aura tendance à se contracter, moins le risque de formation de ce défaut sera élevé.
  • Dans les fontes à graphite, une expansion se produit du fait de la formation du graphite au sein du matériau métallique. Ce phénomène peut provoquer des gonflements à l’intérieur des moules et augmenter le volume des pièces.
  • Il faut également tenir compte des difficultés d’alimentation qui se produisent au fur et à mesure que la fraction solide augmente : diamètre et/ou conception incorrecte des masselottes, emploi de canal d’entrée de métal à faible section, dont la solidification se produit rapidement, conception erronée des pièces (PARTIES MASSIVES ISOLÉES), etc.
  • L’utilisation de températures de coulée élevées (qui augmente l’instabilité du moule à cause de la forte chaleur et retarde la phase de solidification) ou excessivement basses (solidification rapide des canaux d’entrée ou des cols, même dans les masselottes).

6.     ACTIONS PRÉVENTIVES

Les actions préventives pour éviter l’apparition de retassures sont :

  • Composition, Traitement de Nodulisation et Inoculation adéquats du métal. Alimenter la pièce de manière efficace. Utiliser une température de coulée appropriée.
  • Modifier la conception pour obtenir des sections de métal plus uniformes. Si nécessaire, utiliser des refroidisseurs pour les sections les plus épaisses. Uniformiser la vitesse de refroidissement des parties massives en homogénéisant les épaisseurs, en évitant la génération de parties massives ; pour cela, on concevra toujours la pièce en prévoyant des changements de sections progressifs, en évitant tout changement brusque d’une section à l’autre. Éviter la formation de sections massives, ou bien limiter les changements de section brusques en unissant les sections. Ci-dessous, quelques exemples.

44 45

46

  • Lors de la fabrication du modèle, maintenir des surépaisseurs d’usinage constantes de 5 mm minimum et de 15 mm maximum. Ainsi, les mortaises, les trous et en général les usinages profonds ou dans des parties massives, doivent toujours être réalisés sur le modèle et ne jamais être laissés aveugles pour leur obtention postérieure par usinage de la pièce fondue.

47De cette façon, Fundiciones Fumbarri applique un procédé dénommé refroidissement dirigé, qui consiste à incorporer des refroidisseurs à l’intérieur des mortaises ou des trous de parties massives des modèles. Pour la réalisation de cette pratique, il est indispensable que ces parties soient préalablement dégagées sur le modèle afin de pouvoir loger les refroidisseurs. Cette pratique est courante dans les entreprises de fonte de fer et d’acier et par ailleurs reconnue par les autorités techniques et scientifiques. Les documents qui l’attestent, édités par le laboratoire métallurgique “Azterlan”, sont incorporés ci-après.

  • Une autre solution consiste à injecter de la matière au moment de la solidification (alimentation et masselottage). Nous employons occasionnellement cette technique, mais l’usage de masselotte n’est pas habituel dans le cas de matrices, car il alourdit le coût de la pièce, retarde le délai de livraison à cause des analyses à effectuer pour le masselottage et parfois, les résultats obtenus même en utilisant la masselotte ne sont pas satisfaisant à cause de la géométrie de la pièce. C’est pourquoi, en matriçage, nous utilisons le refroidissement dirigé au moyen de refroidisseurs et, lorsque cela est possible, la réduction de masses. Pour appliquer cette technique et dans le cas où aucune zone de pores n’est tolérée dans les exigences requises, il est nécessaire de réaliser au préalable une simulation de solidification par éléments finis pour déterminer où et comment réaliser le masselottage destiné à compenser la contraction.

7.     RECOMMANDATIONS POUR LA CONSTRUCTION DE MODÈLES

Surépaisseurs d’usinage : nous recommandons qu’elles ne soient en aucun cas supérieures à 15 mm.

Pour éviter des usinages profonds, tous les types d’abaissements, empreintes, mortaises ou trous doivent être réalisés par le mouleur en respectant des surépaisseurs maximum de 15 mm. Et en particulier, il est nécessaire d’effectuer sur le modèle les dégagements pour les éléments suivants :

–         Trous pour colonnes et douilles de guidage,

–         Logement de Vérins et trous pour le guidage de vérins,

–         Dégagement ou Logement de centreurs et de détecteurs,

–         Passage de noyaux ou tourelles,

–         Mortaises pour boulons de limitation ou pour boulons de sécurité,

–         Et en général usinages de mortaises ou de trous profonds (>30 mm).

Le mouleur et le contrôleur ne doivent pas s’inquiéter des calcinations qui peuvent se produire sur ces dégagements car divers moyens sont à la portée du fondeur pour les éviter : sable de chromite, graphite, tiges de fer, etc.

La construction d’un modèle suivant ces principes évite l’existence de masses superflues, susceptibles de générer des retassures, qui obligent à utiliser des systèmes d’alimentation ou de masselottage pas toujours efficaces, car leur calcul peut être affecté par des facteurs difficilement prévisibles.

Si en raison de problèmes causés par une éventuelle variation de la conception, le mouleur se voit contraint de renoncer aux évidements et à laisser des parties massives, nous recommandons de consulter le fondeur pour que celui-ci étudie sur le modèle la manière d’alimenter cette partie et si nécessaire, consulter le projeteur pour la modification de la conception, afin de créer le padding qui permettra son alimentation correcte.

Éviter la pose d’éprouvettes, de chevilles de manipulation à œillet et autres éléments massifs dans les parties à usiner. Ce type d’éléments favorise l’apparition de défauts et empêchent aussi la pose de refroidisseurs.

8.    CAS PRATIQUES

OLYMPUS DIGITAL CAMERA OLYMPUS DIGITAL CAMERA

CES MODÈLES MONTRENT COMMENT DES TROUS DE PETIT DIAMÈTRE ET DES ABAISSEMENTS PAS TROP LARGES ONT ÉTÉ OBTENUS SUR LE MODÈLE. LE FONDEUR EST CHARGÉ D’ÉVITER LEUR CALCINATION. L’ABSENCE DE RETASSURES EST GARANTIE ; À CET ÉGARD, LE PRODUIT OBTENU EST SAIN.

OLYMPUS DIGITAL CAMERA OLYMPUS DIGITAL CAMERA

TROU DÉBOUCHANT DE PETIT DIAMÈTRE                  RAINURES POUR LOGEMENT DE VÉRINS

OLYMPUS DIGITAL CAMERA OLYMPUS DIGITAL CAMERA

MODÈLE À QUATRE RAINURES PROFONDES POUR LOGEMENT DE VÉRINS ET TROU DÉBOUCHANT À L’INTÉRIEUR POUR LE GUIDAGE DU VÉRINÉVIDEMENTS RÉALISÉS SUR DIFFÉRENTS MODÈLES AFIN D’ÉVITER DES PARTIES MASSIVES. UNE PRATIQUE HABITUELLE ET PERFORMANTE UTILISÉE PAR DE NOMBREUX MOULEURS

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

ÉVIDEMENTS DANS PARTIES MASSIVES

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

            LES ÉVIDEMENTS DE MORTAISES DE LIMITATION SONT UNE PRATIQUE   HABITUELLE EN FONTE NODULAIRE

 

Parfois, les anneaux, boucles ou chevilles à œillet sont mal positionnés sur les surfaces de travail et génèrent des points chauds qui peuvent provoquer des retassures et empêchent la pose de refroidisseurs.

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

Ce même problème se présente avec les goujons d’appui en première phase d’usinage ou avec des éprouvettes placées en zone de copie, c’est pourquoi nous recommandons d’opérer suivant le même critère indiqué précédemment. 

OLYMPUS DIGITAL CAMERA 64

                                                                                           Éprouvette placée en zone de copie

C’est pour cette raison que nous recommandons, lorsque cela est possible, de positionner ces éléments sur des surfaces non fonctionnelles, pour minimiser la probabilité d’apparition de retassures.

 

EXEMPLES DE LOGEMENTS POUR VÉRINS – DÉFINITION CORRECTE DES VÉRINS ET AUTRES ÉVIDEMENTS SUR LA PIÈCE.

61 62 63

Le noyau dispose des deux mortaises pour le logement des vérins, ainsi que de trous de Ø20 pour le passage du cylindre de levage.

64
65

66

Le modèle dispose de logements pour les vérins et de trous pour le passage et le guidage des cylindres de levage.

OLYMPUS DIGITAL CAMERA 68

MORTAISE AVEC SURÉPAISSEURS D’USINAGE ET TROU POUR LE PASSAGE DU CYLINDRE DE LEVAGE

Nous espérons que l’information contenue dans ce manuel est claire et qu’elle contribuera à éviter l’apparition de retassures. Dans le cas où les recommandations indiquées précédemment ne seraient pas appliquées pour la conception ou sur le modèle, il est très difficile que nous puissions les détecter lors de la coulée, car nous ignorons dans quelle zone vont apparaître ce type d’évidements ; sans l’application de ces recommandations, les retassures continueront de se former.

Pour toute explication supplémentaire ou en cas de doute, n’hésitez pas à contacter le personnel technique de Fumbarri.

Ignacio Martínez Del Agua

Responsable Qualité

info@fumbarri.com