Corps de pompe en fonderie

Réalisation complète du processus de fabrication d'une pièce en fonderie :
un projet mêlant conception 3D, fabrication assistée par ordinateur et fonderie

Réaliser et gérer le process d'industrialisation d'une pièce de fonderie
Fabriquer une pièce en fonderie
Monter en compétence en FAO et en industrialisation
Etre satisfait du résultat

Le module Indus de la troisième année de BUT GMP SNRV avait pour but de réaliser la totalité du process industriel d'une pièce jusqu'à sa fabrication en fonderie. Le temps attribué à ce module était de 20 h.
Nous avions plusieurs choix en termes d'activité : corps en fonderie (au sable ou en coquille) ou usiné dans la masse ; FAO (fraisage ou tournage 3 axes pour l'axe à palette ou pour l'embout)

Notre groupe a décidé de réaliser le corps de pompe en fonderie en coquille en faisant la FAO pour le fraisage des coquilles et pour le tournage de l'axe à palette. Nous n'avions jamais fait de fonderie en coquille, donc c'était l'occasion de s'exercer et d'apprendre.

Croquis du moule en coquilles

Plusieurs possibilités se présentaient à nous : le plan passant par l'axe de l'alésage principal ou le plan coplanaire avec la grande surface inférieure du corps de pompe. Nous avons choisi la deuxième option car c'est celle qui nous semblait plus simple à usiner et elle garde mieux la forme originelle de la pièce.
Nous avons donc imaginé comment il fallait placer le noyau pour éviter le surplus de matière. Le croquis que j'ai réalisé, juste à gauche, montre notre solution.

Surfaces fonctionnelles

Ajout d'épaisseur sur les surfaces fonctionnelles

Pour garder les surfaces fonctionnelles aux bonnes dimensions, il est nécessaire de rajouter des surépaisseurs à cause des possibles rétractations. Leur but est d'être usinées afin d'avoir les bonnes cotes fonctionnelles du corps de pompe.
Les surépaisseurs ont été rajoutées sur les surfaces rouges de la CAO.

Dépouilles

Ajout de dépouilles

Il faut également créer des dépouilles sur les surfaces perpendiculaires au plan de joint afin de pouvoir démouler la pièce, surtout avec un moule en métal. Ces surfaces ont été mises en vert dans la CAO.

Coquilles inférieure et supérieure

Conception des moules en coquilles

Pour réaliser les coquilles du corps de pompe, il a fallu utiliser la fonction "opération booléenne" de CREO pour creuser le brut de la coquille avec la forme du corps de pompe avec les dépouilles et les arrondis. Nous avons dû également ajouter, dans cette fonction, le canal de coulé et son système d'attaque.
Je me suis occupé de la coquille inférieure où est positionné le noyau en sable que je présenterai juste après.

CAO du noyau et de sa boîte

Conception du noyau et de son moule

Il y avait plusieurs solutions pour le noyau : soit l'intégrer à la coquille, soit un noyau en sable qu'on viendrait ajouter entre les coquilles.
La deuxième solution est meilleure car c'est plus facile à fabriquer et permet à la pièce coulée de se rétracter. Et même si on doit la refabriquer à chaque coulée, on utilise une boîte à noyau.
Des dépouilles ont aussi été réalisées sur la CAO du noyau afin de faciliter son extraction de la boîte.
J'ai prévu cette boîte à noyau en deux parties mises en position avec deux pions de centrage et maintenues en place avec 4 vis. Elle sera imprimée en 3D car c'est plus simple et il n'y a pas de surfaces vraiment fonctionnelles (c'est un noyau).

Pièce finale de la FAO de la demi-coquille inférieure

Préparation de la FAO

Je me suis occupé de la FAO de la demi-coquille inférieure. Pour ce faire, j'ai exporté de la CAO la demi-coquille au format STEP pour l'intégrer au logiciel TopSolid que nous utilisions à l'IUT.

Les différents usinages à effectuer sont les suivants :
1) Surfaçage de la face supérieure : fraise à surfacer ∅50 mm
2) Ebauche des 2 poches (emplacement du noyau et du canal de coulée) : fraise 2 tailles ∅ 12 mm
3) Finition de ces 2 poches : fraise hémisphérique ∅ 6 mm
4) Trous de centrage : foret à centrer
5) Perçage des trous de passage pour les tiges filetées : foret ∅ 9 mm
6) Perçage des trous de placement des pions : foret ∅ 10 mm

Usinage virtuel de la demi-coquille inférieure

Analyse de l'usinage virtuel

Pour vérifier que les usinages sont bons j'ai usiné le brut virtuellement dans le logiciel. On peut voir que la pièce réalisée est presque pareille à celle de la CAO. En bleu, cela signifie qu'il reste de la matière à enlever, mais ces parties-là ne sont pas fonctionnelles donc cela n'est pas gênant.
J'ai ensuite exporté le programme d'usinage en G-code compréhensible par la machine à commande numérique Somab disponible à l'IUT.

Après avoir ajouté les outils choisis pendant la FAO et transféré le programme dans la machine (dans notre cas une Somab DIAM 600), nous avons lancé l'usinage d'une demi-coquille dans un brut en aluminium.

Usinage de la coquille inférieure

Demi-coquilles usinées

Demi-coquilles finies

Les deux demi-coquilles ont été usinées et l'état de surface est vraiment propre. Nous pouvons maintenant les utiliser pour faire la coulée d'aluminium.

Boîte à noyau et noyau en sable positionné

Fabrication du noyau en sable

Les parties de la boîte à noyau ont mis 4 h à être imprimées.
J'ai pu fabriquer le noyau en remplissant cette boîte fermée de sable de fonderie. Cette étape était difficile car il fallait tasser avec ses doigts à travers un trou dans la boîte. Il n'y avait pas énormément de place. Nous avons eu plusieurs noyaux qui se sont cassés lors du démoulage avant d'en obtenir un solide.

Moule en aluminium

Assemblage du moule

Les coquilles sont mises en position grâce à deux pions de centrage et sont maintenues à l'aide de vis et d'écrous M6. Il n'y a pas besoin de plus puisqu'il n'y a pas d'efforts significatifs.

corps de pompe coulé

Première coulée

On peut voir que la coulée ne s'est pas bien passée étant donné qu'il y a un manque de matière à un endroit de la pièce. Cela peut être dû à de l'air emprisonné dans le moule.
Sinon les autres endroits de la pièce ont bien pris la forme du moule.

2ème corps de pompe coulé

Dernière coulée

Nous avons alors percé un trou/évent dans le moule pour évacuer l'air et remplir entièrement le moule. Et nous avons refait une coulée.
La coulée s'est bien passée mais le démoulage était compliqué car l'évent que nous avions fait n'était pas très droit. Lors du démoulage, nous avons cassé le canal de coulée car il fallait taper dessus avec un marteau pour sortir la pièce.

Rendu final

Le corps de pompe réalisé en fonderie est joli physiquement mais il présente le défaut d'être cassé.
Malgré tout, nous avions eu quelques soucis :
- Nous avions pris trop de temps sur la partie FAO et devions usiner une des deux coquilles hors temps alloué à ce TP.
- Il y avait un évent à rajouter que nous n'avions pas prévu.
- Et il aurait été préférable de faire plus de dépouilles sur les surfaces.
Cette activité m'a permis de m'améliorer dans la fabrication assistée par ordinateur, notamment sur une machine à 3 axes, d'apprendre la différence du procédé de fonderie d'aluminium au sable et par coquille.

2ème coulée du corps de pompe

Corps de pompe en fonderie

Objectifs

Etapes clés du TP

Contexte

Plan de joint du moule

Modification de la CAO