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PSA applique la fonderie à modèle perdu aux culasses

Benoît Rey

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À la clé, pour cette première, un gain de 15 % sur le prix de revient par rapport au procédé traditionnel.

Pièce figurant parmi les plus difficiles à réaliser en fonderie automobile, la culasse est longtemps restée trop complexe pour être fabriquée selon le procédé à modèle perdu (PMP). C'est désormais possible chez PSA à Charleville (Ardennes), qui a inauguré fin 2007 trois chaînes de fabrication. Avec de multiples avantages. Le procédé de fabrication mis en oeuvre par le constructeur d'automobiles améliore la conception des culasses, réduit le trop plein de matière en fin de chaîne et limite les opérations d'usinage.

Le procédé, qui existe depuis les années 1980, consiste dans un premier temps à réaliser une réplique exacte en polystyrène de la pièce à fabriquer. Plusieurs modèles sont ensuite montés en grappe et plongés dans un bain d'enduit. Quand celui-ci est bien sec, on noie la grappe dans une cuve de sable, qui, sous l'effet de vibrations, vient remplir tous les creux des modèles. Il se forme ainsi un moule, dans lequel on fait couler le métal en fusion. Sous l'effet de la température, ce dernier pyrolyse et remplace le polystyrène, dont les vapeurs s'échappent à travers l'enduit et le sable. Après refroidissement, la pièce métallique est extraite et nettoyée. Le sable est réinjecté dans le circuit.

Jérôme Megardon, le responsable fabrication du secteur liaison au sol aluminium chez PSA Charleville explique : « Deux obstacles empêchaient de construire nos culasses de cette façon. Tout d'abord, leurs dimensions nécessitaient des cuves très volumineuses. Ensuite, la complexité de leur design empêchait le sable de pénétrer dans tous ses recoins. Il fallait de nouvelles tables de vibrations, plus performantes. » Pour cela, la fonderie s'est adressée à Vulcan, le numéro 1 mondial du PMP.

Un parachèvement réduit au minimum

La solution consiste en quatre moteurs à balourd placés autour de la cuve, deux en bas, deux en haut. En variant le déphasage entre les moteurs, on crée des vibrations dans toutes les directions et on améliore ainsi la pénétration du sable dans les recoins.

Au final, les trois chaînes de fabrication fournissent actuellement chez PSA Charleville un potentiel de 3 450 culasses par jour. Elles équipent les moteurs EP 1,6 litre des Peugeot 308 et 207, fruits d'une collaboration avec BMW qui fabriquait déjà une partie de leurs culasses six cylindres par PMP depuis 2000. Le reste était coulé en coquille, procédé traditionnel parfaitement maîtrisé et donc plus sécurisant. Mais moins économique.

Le PMP limite les opérations de parachèvement : les trous de remontée d'eau et de retour d'huile, de l'ordre de quelques millimètres, étaient jusqu'à présent percés en usinage. Désormais, ils sont directement incorporés sur le modèle en polystyrène. « À la sortie de la chaîne, la pièce est déjà au plus proche de son modèle en CAO, se réjouit Jérôme Megardon. On économise ainsi 8 % de matière, soit 1 kg par pièce ! » Bilan : le PMP apporte un gain de 15 % de prix de revient par rapport au process traditionnel.

Selon l'ingénieur, « le procédé ouvre tant de perspectives, qu'il ne faut pas perdre son temps sur des pièces de base, réalisables aussi en coquille ! ». Les concepteurs ont d'ores et déjà intégré des fonctions directement sur la pièce, telles que les supports de moteur électriques, les déflecteurs dans la chambre d'eau ou encore le carter de chaîne !

EN BREF

l'objectif - Augmenter la liberté de conception des culasses - Optimiser le poids des pièces - Limiter les opérations d'usinage la solution - Appliquer le procédé à modèle perdu à la fabrication des culasses grâce à de nouvelles tables de vibrations

LES DERNIÈRES DÉCOUVERTES MISES À PROFIT PAR PSA

Le lost foam, procédé à modèle perdu, fait l'objet de nombreuses publications scientifiques par l'université de Birmingham en Alabama (États-Unis). Une équipe de recherche y réalise de nombreuses simulations, comme observer par rayons X l'écoulement du métal dans le polystyrène. Les plus grands de la fonderie automobile, tels que General Motors, Teksid, Caterpillar, mais aussi Mercury Marine, font partie du consortium, créé en 1989, destiné à financer et orienter les recherches. Depuis trois ans, PSA a aussi choisi d'y adhérer, et peut ainsi appliquer à ses culasses les dernières découvertes.

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