Noyau en Fonderie : 

 

 

 

 

 

 


            Est appelé noyau, une forme en sable ou en métal (coquille), permettant d’obtenir des formes creuses dans les pièces de fonderie, ou bien d’obtenir des formes en contre dépouilles à l’extérieur de la pièce.

 

            Le noyau est un élément réalisé en dehors de l’empreinte dont il fait intégralement partie. Alors que pour l’empreinte, le sable est autour du modèle, avec le noyautage le sable est en quelque sorte à l’intérieur du « modèle » ou boîte à noyaux.

            Cette disposition permet à la boîte à noyaux de comporter toutes les démontabilités nécessaires pour faciliter le démoulage des parties les plus délicates.

 

            Les sables utilisés pour le noyautage sont les mêmes que ceux employés pour le moulage mais, les quantités utilisées étant moins importantes, il y à une tendance à s’orienter vers des sables plus coûteux permettant d’obtenir rapidement des noyaux plus solides et plus précis, car ils sont durcis en boîte à noyaux.

 

            Ce que le fondeur attend d’un noyau :

 

-         Simplicité de préparation des mélanges

-         Bonne conservation à vert

-         Absence de collage aux boîtes

-         Résistance à vert adaptées aux problèmes

-         Résistance à sec appropriée

-         Reprise d’humidité faible

-         Débourrage facile

-         Bas prix de revient

-         La résistance à l’érosion

-         La résistance à l’abreuvage / Vitrification

-         La résistance aux forces de poussées du métal

-         La faible opposition au retrait du métal

-         L’état de surface (Glacis)

-         La résistance aux déformations par dilatation

 

1)      Simplicité de préparation des mélanges :

 

La préparation des mélanges doit être le plus simple possible, afin de maintenir une qualité quasi constante, et pour que le personnel affecté au poste de noyautage puisse réagir vite sur la modification des paramètres, si modification il y a !

(De plus, il est préférable pour maintenir une qualité constante de ses postes de noyautage, de maintenir le même personnel à ces postes).

 

2)      Bonne conservation à vert :

 

Un mélange de sable étant préparé, son utilisation n’est pas toujours immédiate, même pour des fabrications de série. Un atelier de noyautage est cadencé par des arrêts de travail plus ou moins long selon les causes :

  Pause casse-croûte

► Incidents de marche (panne, approvisionnement des produits, arrêts qualité)

► Changement d’équipe

► (Arrêt de fin de journée)

 

Ces arrêts de production imposent que le sable préparé, puisse conserver ses propriétés avant sa prise finale ( chimique, thermique, gazeuse ).

 

3)      Absence de collage aux boîtes à noyaux :

 

Ce défaut, bien que secondaire a priori, est très important et des procédés très rentables ont dû être éliminés par suite d’impossibilités d’éviter le collage.

4)      Résistance à vert adaptée aux problèmes :

 

Les noyaux réalisés par soufflage, nécessite : une résistance à vert minimum afin d’avoir une fluidité maximum du sable lors de la phase de soufflage, par contre pour la phase de déboîtage du noyau, il faut obtenir une résistance à vert maximum.

 

5)      Résistance à sec appropriée :

 

La résistance à sec doit être correcte pour :

-         Effectuer les manipulations avant le renmoulage, c’est à dire l’ébavurage, le bouche-pore si nécessaire, le passage à la couche, l’assemblage, etc…

-         L’assemblage dans le moule (renmoulage), coiffage, écrasement,etc…

-         Eviter la déformation à la coulée du moule

 

A chaque opération citées ci-dessus, un relevé des rebuts permet de d’évaluer la valeur de la résistance à sec.

 

6)      Reprise d’humidité faible :

 

En règle générale, les noyaux sont utilisés aussitôt après leur fabrication, cependant pour les petites séries, ou pour d’autres raisons (congés, vacances,…), il peut être nécessaire de conserver les noyaux une certaine durée. Or, l’ambiance d’une fonderie peut varier considérablement. La condensation est favorisée la nuit lors de la chute de la température des locaux de la fonderie, ce qui entraîne une augmentation du taux d’humidité, ou bien encore lors de météo pluvieuses.

Selon les liants de noyautage employées, l’humidité fixée provoque une évolution des caractéristiques à sec. Presque tous les liants subissent une transformation qui se par une variation de la résistance. Pour obtenir le minimum de reprise d’humidité il faut utiliser les noyaux dans le délais communiqué par les fournisseurs des liants.

En même temps que cette chute de résistance, on peut constater une augmentation de la quantité de gaz dégagé lors de la coulée de la pièce, le gaz provient de la dilatation de l’air, et de la combustion de l’agglomérant. La pression de ce gaz, équilibre souvent la pression hydrostatique du métal.

C’est pourquoi un apport supplémentaire de gaz (vapeur d’eau) peut provoquer un déséquilibre qui engendrera les défauts de type « soufflures ».

Les tirages d’air, de section suffisante et bien protégés du métal liquide (afin d’éviter leur remplissage), éliminent souvent ces défauts de « soufflures ».

Sinon une méthode moins recommandée consiste à étuver les noyaux, au risque de leur dégradation en surface, cassage du glacis, etc.. ainsi que l’augmentation du prix de revient et une étape supplémentaire dans le flux de fabrication.

 

7)      Débourrage facile :

 

Après solidification complète de la pièce, il faut évacuer le(s) noyau(x) qui ne doivent présenter qu’une résistance minimum afin d’éviter d’endommager la pièce en la laissant trop longtemps sur une installation de décochage, ou encore d’augmenter le prix de revient en mettant en place des opérateurs pour détruire et évacuer les restes du noyau.

Pour faciliter le débourrage, il existe plusieurs méthodes :

-         Baisser le taux de liants à la limite de la dégradation des caractéristiques mécaniques du noyau.

-         Evider les noyaux, mais de façon à conserver une épaisseur minimum permettant de tenir solidité du noyau.

-         Et enfin le choix des liants à faire avec les fournisseurs en fonction des difficultés rencontrés.

 

8)      Bas prix de revient :

 

En règle générale : Forme simple = baisse des coûts, ainsi que le coût est aussi fonction de la quantité de noyaux à fabriquer.

 

9)      La résistance à l’érosion :

 

Lors du remplissage de l’empreinte, lorsque le métal liquide sortant d’une attaque rencontre un noyau, il y à une concentration calorifique au point d’impact qui tend à augmenter la température vers celle du métal liquide.

Dés lors, l’agglomérant est très rapidement détruit, provoquant ainsi une érosion du noyau.

Pour éviter ce phénomène, il faut absolument éviter lors de la fabrication de la plaque modèle de disposer les attaques de coulée sur les noyaux…..c’est facile à dire, mais en application industrielle, on rencontre souvent le cas contraire.

Il est souvent plus simple de passer les noyaux à un enduit spécifique pour éviter cette érosion, il n’est pas rare non plus que certains fondeurs emplois des additifs spéciaux dans le sable de noyautage.

 

10)  Résistance à la vitrification / pénétration / abreuvage :

 

La vitrification est un défaut qui apparaît lors de la coulée des métaux à haut point de fusion ( 1500°C environ ) tels que les aciers et certaines fontes.

Le quartz constituant des sables à un point de fusion qui varie entre 1450°C et 1700°C. La surchauffe occasionnée par le métal liquide dans la zone des attaques et, l’action des oxydes et de certains silicates favorisent la vitrification.

Afin d’éviter cette fusion superficielle du noyau, il faut interposer un  « écran » entre le métal liquide et le sable. Cet écran se présente sous forme d’enduit. La composition de cet enduit peut être de base : soit de mica, soit de zircon ou soit de magnésie, mélangés avec différents produits.

La pénétration et l’abreuvage sont par la dilatation brutale du quartz entre 525°C et 573°C. Les couches superficielles du noyau surchauffées se fissurent et laissent pénétrer le métal liquide.

La pénétration se présente sous forme de fissures à ramifications rayonnantes.

Pour résoudre ce genre de défauts, il existe diverses solutions :

-         Remplacement du Quartz de constitution du sable par du Zircon

-         Enduire le noyau d’une couche au mica (formation d’une carapace par les paillettes de mica).

-         Ajout de la fleur de silice dans le sable, ce qui réduira les vides entre les grains

-         Ajout d’oxyde de fer au sable.

 

11)  Résistance à la poussée du métal :

 

La poussée d’Archimède étant proportionnelle à la densité du métal, ses effets seront sensibles lors de la coulée des métaux lourds (Ferreux, Cuivreux ).

Suivant la position du noyau dans l’empreinte, les efforts mis en jeu seront variables. C’est ainsi que les portées, situées au fond d’un moule, ne supporteront que le poids du noyau, alors que celles de noyaux accrochés en partie haute du moule seront sollicitées par la poussée du métal.

 

12)  Faible opposition au retrait :

 

Par définition, un noyau, se trouve très souvent complètement enveloppé par du métal. Pour couler des métaux sensibles à la crique, il sera bon de prendre quelques précautions particulières :

-         Réaliser des noyaux en carapace soit silicate-CO2, soit furanique à froid (Pour Info !!)

 

13)  Etat de surface :

 

Souvent, l’état de surface des parties obtenues par noyautage est une question d’esthétique, mais parfois, la peau des pièces brutes de fonderie doit être parfaite (par exemple pour les fonderie travaillant dans l’adduction d’eau).

Pour obtenir une  peau de pièce améliorée:

-         Enduit de couche

-         Finesse du sable

-         Mix de sable, avec augmentation du serrage

-         Etc..

 

14)  La résistance aux déformations par dilatation :

 

Aux efforts de la poussée d’Archimède, s’ajoutent les effets thermiques qui se manifestent lors du remplissage de l’empreinte. Pour les métaux coulés à haute température au passage des températures comprises entre 525°C – 573°C, la dilatation du quartz passe de 0,90% à 1,4%, alors que la dilatation était presque linéaire jusqu’à 525°C.