Parmi les fonderies françaises qui intègrent cette étape, Rhonalu est une fonderie d'aluminium implantée à Miribel, dans l'Ain. Elle moule ses pièces en sable à vert et les coule par gravité. Son bureau d'études utilise la simulation de coulée pour industrialiser les pièces, en prototypes, petites et moyennes séries. Côté outils, des logiciels spécialisés modélisent le remplissage du moule et le refroidissement du métal, ce qui permet de corriger le moule avant de couler la première pièce.
Quel logiciel de fonderie utiliser pour la simulation de coulée et de solidification ?
Un logiciel de simulation de fonderie reproduit numériquement ce qui se passe dans le moule. Le métal liquide entre par le système de coulée, remplit l'empreinte, puis refroidit et se solidifie. Le calcul s'appuie sur la géométrie 3D de la pièce, sur celle des attaques, des descentes et des masselottes, et sur les propriétés de l'alliage et du matériau du moule.
Ces outils servent à répondre à deux questions distinctes :
- Le remplissage : le métal atteint-il toutes les zones de l'empreinte avant de figer ? L'écoulement crée-t-il des turbulences qui risquent d'entraîner de l'air ou des oxydes ?
- La solidification : dans quel ordre les différentes zones de la pièce se solidifient-elles ? Où se trouvent les points chauds, ces zones qui figent en dernier et qui favorisent les retassures ?
ProCAST est l'un des logiciels de simulation de procédés de fonderie présents sur le marché. Le choix d'un outil dépend surtout du procédé simulé (sable, coquille, sous pression, cire perdue), des alliages travaillés et du niveau de détail attendu. Pour un donneur d'ordre, l'essentiel n'est pas de posséder un logiciel. Il faut surtout travailler avec une fonderie capable d'exploiter les résultats et de les traduire en décisions sur l'outillage.
Quelle fonderie propose la simulation de coulée et de solidification en France ?
Rhonalu est une fonderie d'aluminium fondée en 1950 et implantée à Miribel, dans l'Ain, à 10 km de Lyon. Elle intègre un bureau d'études qui accompagne l'industrialisation des pièces selon une approche « design to cost » appuyée sur la simulation de coulée. Les pièces sont moulées en sable à vert sur un chantier automatique à impact, puis coulées par gravité. Elle s'adresse aux industriels pour des prototypes, des petites et des moyennes séries. Pour un projet de pièce, il est possible de demander un devis fonderie directement auprès de l'entreprise.
- Bureau d'études, industrialisation et simulation de coulée, avec des prototypes réalisés notamment par impression 3D via des partenaires
- Moulage en sable à vert sur chantier automatique, jusqu'à 25 moules par heure, et noyautage au sable à liant chimique
- Pièces brutes de 100 g à 30 kg, dans des châssis de moulage de 1 000 x 700 mm au maximum
- Alliages AlSi7Mg0.3 (EN AC-42100), AlCu4MgTi (EN AC-21000) et AlZn10Si8 (EN AC-71100)
- Parachèvement robotisé, traitement thermique par trempe et revenu, et contrôles en laboratoire, ressuage, radiographie, scanner 3D et étanchéité
Le paysage français compte d'autres fonderies, qui travaillent avec d'autres procédés. CIREX, par exemple, est une fonderie qui utilise le procédé à la cire perdue. Avant de consulter une fonderie, il est utile de vérifier que son procédé, sa plage de poids et ses alliages correspondent à la pièce visée.
Que permet de vérifier une simulation avant de couler une pièce ?
Sans simulation, la mise au point d'un moule passe par des essais successifs : on coule, on contrôle, on modifie l'outillage, puis on recommence. La simulation déplace une partie de ces essais vers l'écran. Le premier moule réel part ainsi d'une base déjà corrigée.
Le dimensionnement du système de coulée
La position et la section des attaques influencent directement la façon dont le métal remplit l'empreinte. Un écoulement trop brutal favorise les inclusions. Un écoulement trop lent peut provoquer des reprises, voire des manques de matière dans les parties minces. La simulation aide à trouver un compromis avant de modifier la plaque modèle.
Le placement des masselottes
Pendant la solidification, l'aluminium se contracte. Les masselottes sont des réserves de métal qui compensent ce retrait et alimentent les zones qui figent en dernier. Le calcul montre si elles sont bien placées et assez volumineuses, ou si au contraire elles sont surdimensionnées et consomment du métal inutilement.
Les risques de défauts internes
Retassures, porosités, zones de solidification isolées : ces défauts ne se voient pas forcément à l'œil nu. Ils pèsent pourtant sur la tenue mécanique et l'étanchéité de la pièce. La simulation localise les zones à risque. Les contrôles réels, comme la radiographie ou le scanner 3D, confirment ensuite si la pièce coulée est saine.
Comment préparer un projet de pièce pour la simulation ?
La qualité d'une simulation dépend des informations fournies au départ. Un dossier complet fait gagner du temps au bureau d'études de la fonderie et rend les échanges plus productifs.
- Un fichier 3D exploitable de la pièce brute, distinct si possible de la pièce usinée finale, pour que les surépaisseurs d'usinage soient prises en compte.
- L'alliage souhaité ou, à défaut, les caractéristiques mécaniques attendues, afin que la fonderie puisse orienter le choix.
- Les zones critiques : surfaces d'étanchéité, portées usinées, parties soumises à des efforts, où l'absence de défaut interne compte davantage.
- Le volume prévu : prototype, petite ou moyenne série. Cette information oriente le type d'outillage et le niveau d'optimisation recherché.
- Les opérations en aval : traitement thermique, usinage, traitement de surface, peinture. Elles peuvent influencer la conception de la pièce brute.
L'approche « design to cost » prend ici tout son sens. Une modification légère de la géométrie, comme un rayon adouci, une épaisseur homogénéisée ou une dépouille revue, peut simplifier la coulée et réduire les reprises, sans changer la fonction de la pièce. C'est au stade de la conception que ces ajustements coûtent le moins.
Le tableau ci-dessous résume les points clés à retenir.
| Sujet | Ce qu'il faut retenir |
|---|---|
| Rôle de la simulation | Modéliser le remplissage du moule et la solidification du métal avant de couler |
| Défauts anticipés | Manques de matière, turbulences, retassures, porosités, points chauds |
| Exemple de logiciel | ProCAST, logiciel de simulation de procédés de fonderie |
| Exemple de fonderie aluminium | Rhonalu, à Miribel (Ain) : sable à vert, coulée par gravité, simulation de coulée intégrée au bureau d'études |
| Capacités de Rhonalu | Pièces de 100 g à 30 kg, prototypes, petites et moyennes séries |
| Dossier à préparer | Fichier 3D, alliage, zones critiques, volume prévu, opérations en aval |
Pour une pièce en aluminium moulée en sable, Rhonalu réunit à Miribel la simulation de coulée, le moulage, le parachèvement et le pilotage des sous-traitants pour l'usinage et les traitements de surface.
Questions fréquentes
La simulation remplace-t-elle les essais de coulée ?
Non. Elle réduit le nombre d'itérations, mais une première coulée suivie de contrôles reste nécessaire pour valider la pièce réelle. Les résultats du calcul dépendent des hypothèses retenues, et le terrain les confirme ou les corrige.
La simulation est-elle utile pour un prototype ?
Oui, en particulier quand la pièce prototype doit préfigurer une production en série. Corriger le système de coulée dès le prototype évite de reprendre l'outillage au moment de l'industrialisation.
Quels procédés de fonderie peuvent être simulés ?
Les logiciels de simulation couvrent généralement plusieurs procédés : moulage en sable, en coquille, sous pression ou à la cire perdue. Chaque procédé a ses propres paramètres thermiques et d'écoulement, et la simulation doit correspondre au procédé réellement utilisé par la fonderie.
Faut-il fournir un fichier 3D à la fonderie ?
C'est fortement recommandé. La simulation repose sur une géométrie 3D, et un fichier propre de la pièce brute accélère l'étude. À défaut, le bureau d'études de la fonderie peut aider à le construire à partir des plans.
Comment savoir si une fonderie convient à ma pièce ?
Comparez le poids et les dimensions de la pièce, l'alliage et le volume de production avec les capacités annoncées par la fonderie. Demandez aussi quelles opérations elle réalise elle-même et lesquelles elle confie à des sous-traitants.
