La fonderie d'aluminium représente un domaine d'activité diversifié (aéronautique, automobile, plomberie, appareils ménagers, …).

La fonderie de pièces en alliage d'aluminium est souvent utilisée pour réaliser des prototypes ou des petites et moyennes séries (aéronautique ou automobile), mais aussi pour de grandes séries (par exemple les jantes en aluminium).

Choix du type de fonderie pour le prototypage

La fonderie visant à réaliser des prototypes, est le plus souvent effectuée de manière artisanale. Les moules en sable ainsi que la coulée sont réalisés manuellement. De ce fait, les pièces réalisées ont un coût beaucoup plus élevé que dans le cas d'une fonderie industrielle, beaucoup plus automatisée.

Ce type de fabrication est principalement utilisée :

dans l'industrie aéronautique et dans l'armement, domaines dans lesquels les tailles des séries ne justifient pas une industrialisation poussée mais où les critères de qualité sont très élevés, nécessitant un soin dans la réalisation des pièces et une quantité non négligeable de contrôles tout au long du processus de fabrication ; dans l'industrie automobile, pour la réalisation de prototypes ou de pièces destinés à la compétition ; lorsque la fabrication d'un moteur passe au stade industriel, les pièces échappent complètement à ce type de fonderie pour être réalisées par d'autres procédés nécessitant des frais de mise en œuvre plus élevés mais permettant, sur des quantités « industrielles » de pièces, un coût de réalisation ramené à la pièce beaucoup plus faible.

Qualité

Une fonderie prototype est tenue de justifier auprès de ses clients d'un système de management de la qualité compatible avec leurs exigences.Les principales fonderies prototype sont certifiées ISO 9001:2000 (dans le passé ISO 9002) ; cependant, les donneurs d'ordre de l'aéronautique demandent de plus en plus que leurs fournisseurs s’orientent vers le référentiel particulier à cette branche : EN 9100. Même si peu de clients aujourd'hui exigent le certificat correspondant à cette norme, ils vérifient néanmoins que l'organisation de leurs fournisseurs va dans ce sens.

Conception, appel d'offres Consultations

De plus en plus souvent, le client souhaite n'avoir qu'un seul fournisseur pour une pièce donnée. S'il s'agit d'une pièce basée sur une fonderie, ils s'adressent souvent au fondeur qui devra fournir : l'outillage (le modèle de fonderie) ; la fonderie ; l'usinage de cette fonderie ; le traitement de surface éventuel. Si le client s'adresse de préférence au fondeur pour l'ensemble de cette prestation (qu'il pourrait aussi bien confier au modeleur ou à l'usineur), c'est principalement parce que l'outillage, qui reste la propriété du client, sera conservé à la fonderie.

Plusieurs fondeurs vont donc recevoir un plan ou une définition numérique réalisée en CAO, le plus souvent sous CATIA, SolidWorks, NX ou Pro/Engineer, de la pièce finie. C'est à partir de cet élément, du cahier des charges et d'une prévision de quantité, qu'il va chiffrer la fourniture. Il va donc à son tour consulter les modeleurs et les usineurs qui eux-mêmes, consulteront les fournisseurs de traitement de surface afin de présenter une offre de prix la plus complète possible.

Étude de moulage

Lorsque l'offre est retenue, le responsable technique de la fonderie se rend généralement au bureau d'études du client, afin de participer à l'étude de moulage.

C'est dans cette étape que sont définies notamment les surépaisseurs d'usinage. Le dessin de certaines parties « non fonctionnelles » de la pièce peut être légèrement modifié afin de faciliter le moulage.

Ensuite sont définis les plans de joint (limite entre deux parties de l'outillage de fonderie), les différentes boîtes à noyaux, leurs portées ainsi que le sens de moulage.

Ces points sont très importants pour obtenir la qualité spécifiée et c'est pourquoi l'intervention du fondeur qui apporte son savoir-faire en complément des besoins du client est importante dans cette phase de l'étude.

Modèle Type de modèle, réalisation

Lors de l'étude de moulage, on aura défini le type de modèle à réaliser : modèle nature ; modèle sur plaques modèle ; modèle en caissons. Dans tous les cas, le modèle en lui-même est une « maquette » grandeur nature (et même un peu plus compte tenu du retrait*) des formes extérieures de la pièce. Si le plan de joint est plan (au sens géométrique du terme), on fabrique généralement deux demi-modèles qui s'assemblent suivant ce plan de joint. Souvent, chacun de ces demi-modèles est fixé sur une plaque modèle qui comporte des bagues de centrage et s'adapte sur une machine à mouler. Cette technique s'utilise principalement pour le moulage au « sable à vert » ou sable noir, qui est un sable silico-argileux.

Dans d'autres cas et, quelle que soit la forme du plan de joint, on peut mettre les demi-modèles dans des caissons qui serviront directement de moule pour le sable à prise chimique (siliceux).Dans des cas simples, on conserve le modèle nature, sans le fixer sur plaque ni dans des caissons. Un tel outillage sera moins onéreux mais le temps de moulage sera plus important; il y a donc un compromis à faire entre le coût de l'outillage et celui de la pièce moulée.

Les parties creuses intérieures ou certaines parties extérieures en contre-dépouille nécessitent la réalisation de boîtes à noyaux. Ces boîtes permettront de réaliser des noyaux en sable qui viendront s'ajouter aux deux parties du moule afin de réaliser ces formes.

Traditionnellement en bois et taillé à la main, le modèle est maintenant réalisé de plus en plus souvent en résine taillée sur commande numérique. Dans certains cas, pour des prototypes, on utilise des modèles en stéréolithographie ou des modèles à usage unique en polystyrène.

La réalisation du modèle et des éventuelles boîtes à noyaux est confiée au modeleur.

Le retrait a lieu lors du refroidissement du métal. Il est de l'ordre de 1,2 % dans le cas de la fonderie sable par gravité avec les alliages courants, c’est-à-dire que si l'on veut obtenir une pièce de de long, le modèle mesurera .

Équipement du modèle

thumb|250px|Modèles en caissons.Dans le cas présent, le moule réalisé avec ces caissons permet de couler 4 pièces identiques.Ces caissons sont équipés de canaux de coulées et de 2 masselottes par pièces (parties démontables en bois).Dans le caisson de droite (dessus de moule), les 4 cylindres entourés des masselottes sont des portées de noyaux.Dans le fond de moule (à gauche), on distingue la forme extérieure de la pièce. Ce fond de moule comporte une partie des canaux de coulée.La coulée est effectuée par 2 orifices situés aux extrémités des canaux (dessus de moule).Les canaux de coulée se répartissent sur les deux parties du moule de façon à y intercaler les filtres.On distingue les plots de positionnement et les broches qui serviront à guider le dessus par rapport au fond de moule lors de sa fermeture avant la coulée.

Lorsque la fonderie reçoit un nouveau modèle, la première opération consiste à y matérialiser : la position des coulées et leur nombre, les canaux de coulée (destinés à alimenter correctement et régulièrement la pièce lors de la coulée) ; la position des filtres ; ainsi que la position et la forme des masselottes et évents.

Les canaux de coulée peuvent être calculés par des logiciels métier ou avec la simulation numérique du remplissage (QuickCAST, Magma…), mais dans de nombreuses fonderies prototypes, ils résultent de l'expérience et du savoir-faire des professionnels.

De ces positionnements et de la nature de ces appendices de coulée dépendra en grande partie la santé matière de la pièce, c’est-à-dire l'absence de défauts dus : à des turbulences lors de la coulée ; à un refroidissement mal contrôlé ou encore ; à des impuretés entraînées par la coulée (sable, alumine, etc.).

Ces points étant précisés, un premier moule est réalisé, dans lequel ces appendices sont généralement taillés à la main et une (parfois plusieurs) pièce type est réalisée.

Si la pièce type donne satisfaction, le modèle est équipé, c’est-à-dire qu'on lui ajoute les dispositifs ci-dessus. Il s'agit souvent de parties démontables lors du démoulage (qui consiste à sortir le modèle, et non la pièce, du moule). Cet équipement du modèle permettra de garantir la répétabilité et la reproductibilité des pièces coulées par la suite.

Un modèle ainsi équipé et les différentes boites à noyaux qui l'accompagnent est généralement désigné par le terme Outillage de fonderie. Cependant, dans le langage courant, on emploie parfois l'expression modèle pour désigner l'ensemble de l'outillage de moulage.

Conservation / Restitution du modèle

L'outillage de fonderie décrit ci-dessus, à l'exception des équipements de coulée, appartient au client. Il est identifié comme tel, avec un numéro d'identification et des plaques de propriété..Si quelques rares clients préfèrent que l'outillage leur soit rendu lors de la livraison des pièces, dans le cas général il est conservé à la fonderie pour une utilisation ultérieure.

Le modèle, nature, monté sur plaques ou en caissons, ainsi que les boîtes à noyaux, appartiennent au client

Par contre, les équipements de coulée qui y ont été ajoutés sont la propriété de la fonderie qui les a réalisés.

D'ailleurs, si une autre fonderie était amenée ultérieurement à produire les mêmes pièces, elle n'équiperait probablement pas le modèle de la même manière, certaines parties de cet équipement tenant compte des spécificités propres à chaque fonderie.

De ce fait, en cas de demande de restitution de modèles par un client, la fonderie qui les détient est en droit de démonter ces équipements avant d'expédier les modèles. Cependant, cette mesure est rarement appliquée.

Moule

Le moule, en sable, est réalisé à partir de l'outillage décrit ci-dessus. Il se compose d'un fond de moule, d'un dessus de moule, et suivant les cas, d'un ou plusieurs noyaux.

Si l'outillage de fonderie (le modèle) est permanent, il n'en est pas de même du moule qui sera cassé pour en extraire la pièce réalisée. On fabriquera donc autant de moules que de pièces à produire.

Deux types de sable peuvent être utilisés :

Moulage au sable silico-argileux dit sable noir ou sable à vert

thumb|250px|Moule en sable à vert.Dans le cas de cette photo, on fabrique 4 pièces différentes à partir de la même coulée.Les demi modèles de chacune de ces 4 pièces sont réunis sur la même paire de plaques modèle.Pour trois de ces pièces, on ajoute un noyau (cylindre ocre sur la photo).Le fond de moule, équipé de ses noyaux, est à droite de la photo, il est muni de ses deux broches de positionnement.On voit la coulée au milieu du dessus de moule; les masselottes ou évents, réalisés généralement à la main par le mouleur, n'ont pas encore été taillés.

C'est la méthode la plus traditionnelle et la moins onéreuse.

Le terme officiel est bien « sable à vert » et non sable à verre, bien que l'origine de ce terme soit relativement obscure, il est admis que cette dénomination vienne d'un terme d'agriculture : lorsque l'on moud un grain « à vert », cela veut dire qu'on l'a moulu avant qu'il ne soit sec ; lorsqu'on utilise le sable à vert, il n'est pas sec non plus.

Elle s'applique principalement aux modèles montés sur plaques modèle et peut être aussi utilisée pour les modèles nature, en bois ou en résine.

Le sable est principalement composé de silice cristallisée sous forme de quartz et d'argile sous la forme de bentonite, il est directement réutilisable après avoir été convenablement humidifié, aéré et tamisé. L’argile humidifiée sert de liant entre les grains de silice de granulométrie bien précise, par enrobage de ces grains. Il est de couleur brun-jaune lorsqu'il est neuf, mais il se colore très rapidement en noir au contact du métal chaud, d'où l'appellation de sable noir.