Qu’est-ce qu’une fonderie?

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Les fonderies sont des installations qui produisent des pièces de métal et offrent des services associés à ces pièces

Métal sorti d'un four de fonderie dans une poche de coulée
Une fonderie est une usine où le métal est fondu et moulé sous de nouvelles formes.

Les fonderies sont responsables de notre niveau de vie actuel et du développement industriel, mais la majeure partie d’entre nous ne sait presque rien d’elles. Alors qu’est ce qu’une Fonderie?

Définition Fonderie

En termes simplifiés, une fonderie est une usine où des pièces sont produites en fondant le métal, versant le métal liquide dans des moules, puis leur permettant de se solidifier. Même si vous n’avez jamais été dans une fonderie, ou ne savez même pas à quoi cela ressemble, vous êtes entourés par les pièces de métal qu’elles produisent. Il y a une forte chance qu’en lisant ceci vous êtes à moins de 10 pieds d’une d’entre elles.

Les fonderies ne produisent pas seulement des produits en métal pour moteurs, chemin de fer ou des éléments de tuyaux. Ils mettent en forme aussi des éléments pour machines qui sont requis pour faire beaucoup des produits de consommation essentiels dont nous dépendons. 90 pour cent de tous les articles manufacturés dépendent de pièces métalliques.

Le Procédé de Coulée

Dans le but de comprendre une fonderie, vous devez comprendre le procédé de coulée. Les étapes générales impliquées dans la coulée sont le modelage, moulage, fonte, versage, éjection, nettoyage, ébarbage et inspection.

La forme finale correspond au moule dans lequel il est versé, donc les moules sont soigneusement formés avec un modèle — une réplique en bois ou métallique de l’objet à former. La matière de moule la plus commune est le sable de silice, mais ils peuvent être conçus depuis nombre de matériaux différents selon le métal de la pièce et la méthode utilisée.

Un four de fusion est “rempli” de métal et chauffé au-dessus du point de fusion du métal. Une fois que le métal a atteint une température spécifique de coulée il est versé du four via un bec verseur dans une poche de coulée en acier réfractaire. Toute scorie ou impuretés sont écrémées de la surface du métal fondu. La poche est ensuite basculée avec le métal fondu vers la cavité du moule.

Le remplissage est l’une des plus dangereuses opérations dans la fonderie. Les erreurs peuvent être mortelles.

Le moule se refroidit et le métal se solidifie, puis la pièce est éjectée du moule et nettoyée. La pièce nettoyée est terminée par ébarbage, un procédé qui enlève l’excès de métal de la pièce pour correspondre aux dimensions spécifiées du produit fini. Suivant les spécifications de la pièce de fonderie, l’ébarbage peut être rapide et simple, ou un travail extrèmement détaillé. Les pièces terminées sont ensuite inspectées par la fonderie avant d’être expédiées.

Le Beginner’s Guide to Metal Casting est une excellente vue d’ensemble de tout le procédé de coulée.

Les fonderies ne produisent pas seulement des pièces brutes. Elles hébergent nombre d’opérations qui souvent incluent la conception de pièce, l’élaboration d’outils, le prototypage, l’usinage, l’assemblage et autres services après-vente.

Equipement Fonderie

Métal étant fondu dans un four électrique à arc dans une fonderie
Les arcs électriques provenant d’une série de 3 électrodes en carbone sont utilisées pour fondre le fer ou l’acier dans un four à arc électrique.

Les fonderies modernes sont hautement mécanisées. Elles contiennent tout l’appareillage et l’équipement utilisés dans le modelage, noyautage, coulée et moulage Cet assortiment comprend de gros fours de fusion, poches de coulée, chariots élévateurs, grues, tapis roulants et conteneurs de transfert. Tout l’équipement de fonderie est conçu spécialement pour fonctionner fiablement dans les fours d’aciéries.

La distinction fondamentale entre les fonderies est ferreux (fer ou acier) ou non—ferreux (aluminium, laiton, bronze, cuivre, etc.). Le type exact d’équipement est déterminé par les métaux avec lesquels la fonderie travaille; les fours à arc électrique sont idéaux pour travailler avec l’acier, tandis qu’une fonderie spécialisée dans le cuivre utilisera plutôt un four à induction. Les fours peuvent prendre différentes tailles, d’un équipement de table à ceux qui pèsent plusieurs tonnes. La quantité de production peut atteindre d’une fraction d’once à plusieurs tonnes. La même variabilité du modèle et la taille s’étend au modelage et machines de moulage, et autres équipements de fonderie.

Métal fondu sortant d'un four à induction vers une poche de coulée
Métal sortant d’un four à induction.

Conception Fonderie & Atténuation des Risques

Une fonderie est intrinsèquement dangereuse. Son activité principale est de fondre le métal, ce qui requiert des températures excédant 2600 dégrés Fahrenheit (1425°C). Pour placer ce chiffre dans son contexte, toute eau qui arrive en contact avec un four en activité se dilate immédiatement à 1600 fois son volume initial — remplir un four avec un métal ne serait ce que légèrement humide est suffisant pour causer une explosion de vapeur catastrophique.

La nature violente et imprévisible des réactions chimiques à des températures extrèmement hautes demande des procédures de sécurité qui sont également très élevées. Chaque chose dans une fonderie est conçue pour minimiser les risques associés à la fonte et au transport du métal.

Les mêmes conditions qui font une fonte efficace et sûre — chauffage sans humidité — se trouvent aussi être des conditions parfaites pour un feu non contrôlé. La conception de fonderie traite cela en enlevant les produits inflammables et gardant le retardateur de feu à portée de main à tout moment. En raison des problèmes d’explosion de vapeur mentionnés ci—dessus, l’eau ne peut pas être utilisée pour stopper les feux de fonderie. Au lieu de cela, les efforts de lutte anti—incendie se concentrent sur l’étouffement des flammes avec des extincteurs industriels et du sable sec.

Remplissage — charger le métal dans le four pour la fonte — est l’une des plus dangereuses opérations dans la fonderie. Une petite erreur peut tout provoquer de la destruction de l’équipement à la blessure et l’accident mortel. Les mouleurs en formation développent depuis des années la compréhension nécessaire des métaux avec lesquels ils travaillent, leurs températures de fusion et les procédures de sécurité.

Sans surprise, les fonderies ont des températures ambiantes élevées. Ce sont des endroits chauds et moites pour travailler — un facteur aggravé par le fait que les travailleurs de fonderie sont obligés de porter des casques protecteurs, une protection des yeux, un écran facial et un vêtement épais aluminisé. Aussi intense que la chaleur peut être, les travailleurs ne seraient pas capables de la supporter du tout s’ils n’étaient pas sous des hauts plafonds. Les fonderies sont conçues avec un toît haut pour permettre la circulation de l’air.

Après que le métal a été fondu, il doit encore être transféré de la fonderie pour être versé dans des moules. Pour des raisons évidentes, des précautions extrêmes sont prises pour éviter des renversements, particulièrement sur ou près des travailleurs de fonderie. Le circuit est balisé, aussi court que possible, et libre de toute obstruction. La circulation sur le sol de la fonderie est strictement contrôlé ainsi le personnel non nécessaire n’est jamais sur le chemin du métal fondu pendant le transport. Les aides mécaniques (chariots élévateurs, poches de coulée) sont utilisées en outre pour minimiser l’exposition humaine.

Malgré toutes les mesures préventives, les renversements arrivent encore. Pour minimiser les dégâts quand cela arrive, les sols de fonderie sont construits de matériaux non—réactifs, ignifuges. La terre compactée est la plus économique et sans doute la plus efficace. Le béton ordinaire peut craquer avec l’exposition au métal liquide, mais des bétons à haute température éprouvés pour le choc thermique sont disponibles.

Un travailleur testant la température du métal portant un vêtement de fonderie de sécurité
Quelques travailleurs portant l’équipement spécialisé de sécurité comme le vêtement aluminisé pour se protéger de l’environnement difficile de la fonderie.

Un aménagement sécuritaire et un équipement de protection aide à atténuer le risque aux travailleurs et équipements, mais la vraie solution pour sécuriser les opérations de fonderie est d’avoir des travailleurs de fonderie qualifiés avec une excellente sensibilisation aux conditions, force et endurance.

Evolutions de l’Industrie du Moulage

Le moulage est réalisé dans les fonderies tout autour du monde. Les conditions varient de pays à pays, et même de fonderie à fonderie, mais l’industrie dans son ensemble suit les tendances. L’industrie de fonderie subit quelques changements importants qui impactent la qualité et le coût pour l’utilisateur final. Les technologies de fonderie ont avancé au fil des ans, et les opérations de fonderie de base se sont aussi développées et diversifiées. Les tendances les plus dominantes sont globalement l’échelle, l’automatisation et les finitions sur place.

Les nouveaux fours sont plus grands, plus sûrs, et plus efficaces que les précédentes générations. Ceci a permis à la production d’industrie de grandir malgré un nombre continuellement décroissant de fonderies Nord-américaines; bien qu’ayant moins de fonderies que l’Inde et le Japon (voir la table), les États-Unis a la deuxième plus grande production mondiale de métal moulé avec 12 250 000 tonnes métriques. La Chine devance loin devant la concurrence avec une production annuelle de plus de 44 500 000 tonnes métriques.

Pays
Fer
Acier
Non-ferreux
Total

Chine

17,000

5,000

8,000

30,000

Inde

4,700

Japon

817

75

1,193

2,085

Etats—Unis

640

360

1,001

2,001

Il y a une demande croissante de pièces finies et prêtes à installer. Les fonderies sont en train de changer pour inclure plus de possibilités de nettoyage et d’usinage.

Le coût des matières premières, en particulier la ferraille recyclée, a diminué, cependant l’industrie se bat toujours avec les marges en raison de l’augmentation du coût de la main—d’oeuvre. L’augmentation de coûts de la main—d’œuvre est une raison majeure pour l’automatisation — encore plus parce que la fonderie est un travail si dangereux et inconfortable pour les personnes. Une percée dans l’automatisation de fonderie pourrait signifier des coûts diminués pour les pièces détachées de l’automobile, des roues de train et toute autre pièce de production à gros volume.

Reliance Foundry reste au premier plan de l’industrie de la fonderie pour founir la meilleure qualité de pièces moulées, offrant une large variété de pièces métalliques moulées et services de fabrication.

Sources