En raison de ses propriétés uniques, l'usinage de la fonte nécessite des méthodes spécifiques. Il ne s'agit pas d'un matériau unique, mais d'une gamme d'alliages (tels que la fonte grise, la fonte ductile et le fer graphite compacté) qui sont connus pour leur teneur élevée en carbone, leur bonne résistance à la compression et leur résistance à la fragilité et à l'usure. Les principaux défis sont la gestion de ses propriétés d'abrasion, la prévention des fissurations et des éclats et la maîtrise des poussières de graphite.
Voici les principales considérations pour les principales étapes de traitement:
- Usinage (tournage, fraisage, forage)
L'objectif principal de l'usinage est d'éviter l'usure de l'outil et d'obtenir une finition propre sans endommager la pièce.
- Sélection des outils: Utilisez toujours des outils en carbure en raison de leur résistance à l’usure. Pour la production de grands volumes, les outils en diamant polycristallin (PCD) sont parfaitement adaptés pour résister à l'usure. Assurez-vous que l'outil est tranchant et possède un angle de front positif pour réduire la force de coupe, ce qui aide à empêcher la pièce de se briser.
- La rigidité est cruciale: toute vibration ou tremblement provoqué par un réglage desserré peut entraîner la rupture du fer fragile au bord. La machine, la pièce et le porte-outil doivent être extrêmement durs pour assurer une coupe en douceur.
- Vitesse et avance: En général, une vitesse de coupe plus faible est utilisée pour contrôler l'usure abrasive sur l'outil. Toutefois, des vitesses d'avance plus élevées favorisent parfois le passage rapide de l'outil à travers la "peau de coulée" dure et usée et dans le métal de base plus homogène sous-jacent.
- Débat sur le liquide de refroidissement: Une précaution majeure consiste à décider d'utiliser un liquide de refroidissement. La fonte est généralement traitée à sec. En effet, le fluide de refroidissement peut se mélanger à la poussière fine de graphite produite lors de l'usinage, créant une boue abrasive visqueuse très destructrice pour les machines-outils, les rails de guidage et les vis à billes. De plus, un chauffage et un refroidissement rapides peuvent entraîner des chocs thermiques et des microfissures dans les pointes de carbure cémenté.
- Quand utiliser le liquide de refroidissement: Le liquide de refroidissement est parfois utilisé pour les opérations de finition des tolérances critiques et des finitions de surface, ou lors de l'usinage du fer carbure cémenté qui génère beaucoup de chaleur. S'il est utilisé, le système de refroidissement à trop-plein est préférable à la pulvérisation pour aider à évacuer la poussière.
- Contrôle des poussières: Il s’agit d’une précaution de sécurité et d’équipement non négociable. La poussière de graphite est abrasive et peut être dangereuse si elle est inhalée. Utilisez un système de vide intégré ou un dépoussiéreur à la source. Si la poussière n'est pas complètement contrôlée, l'exploitant doit porter un dispositif de protection respiratoire approprié.
- Meulage
Le rectification est utilisé pour la finition et l'ébavurage.
- Sélection de la meule: choisissez une meule en alumine ou en carbure de silicium. La meule doit rester tranchante et ouverte pour éviter le "chargement", c'est-à-dire la poussière de fer qui obstrue l'espace entre les grains abrasifs, rendant la meule inefficace et provoquant une accumulation de chaleur.
- Évitez l’accumulation de chaleur: appliquez une pression stable et uniforme et gardez les pièces en mouvement. Le meulage en un seul endroit génère une forte chaleur localisée qui entraîne un "check"-un réseau de petites fissures thermiques sur la surface.
- Utilisation d'un liquide de refroidissement: Contrairement à de nombreuses opérations d'usinage, l'utilisation d'un liquide de refroidissement dans le meulage est fortement recommandée pour contrôler la chaleur, supprimer la poussière et améliorer la finition de surface.
- Soudage et raccordement
Avertissement: Souder la fonte est difficile et ne doit être tenté que par un professionnel expérimenté et est généralement utilisé pour la réparation, pas pour la fabrication.
- Préchauffage complet: c'est l'étape la plus cruciale. Le préchauffage de l'ensemble de la pièce moulée entre 500 °F et 1200 °F (260 °C-650 °C) ralentit le refroidissement de la soudure. Ceci empêche la formation de martensite extrêmement dure et fragile dans la zone affectée par la chaleur, qui est la principale cause de fissuration.
- Refroidissement contrôlé lent: Après soudage, la pièce doit être refroidie très lentement, généralement en l'enterrant dans un matériau isolant tel que la chaux ou la vermiculite. Ce procédé de "post-chauffage" soulage les contraintes accumulées.
- Métal de remplissage approprié: Utilisez des électrodes spécialisées à base de nickel ou ferronickel. Ces matériaux sont plus ductiles et compatibles avec la teneur élevée en carbone du métal de base, ce qui permet à la soudure d'absorber les contraintes sans se fissurer.
- Technique: Utiliser un réglage à faible courant, déposer de petites bourrelettes de longerons. Le grenaillage (marteau léger) alors que chaque perle est encore chaude aide à soulager la pression. Évitez les grosses perles tressées qui peuvent apporter une chaleur excessive à la pièce.
- Traitement
- Chauffage lent et uniforme: les pièces moulées ont des formes complexes et des épaisseurs variables. Un chauffage trop rapide peut créer des contraintes thermiques qui peuvent entraîner des déformations ou des fissures. Une vitesse de chauffage lente et contrôlée est essentielle.
- Évitez les trempes violentes: Ne trempez jamais la plupart des fontes, en particulier le fer gris, dans de l'eau ou de l'huile rapide. Le choc thermique entraînera presque certainement des fissurations. La trempe n’est généralement effectuée qu’à l’aide d’un procédé contrôlé pour des qualités spéciales telles que la fonte ductile isothermiquement trempée (ADI).
- Soulagement du stress: Il s’agit d’un traitement très courant. Le chauffage de la pièce moulée à 1000-1150°F (540-620°C) et le maintien jusqu'à son refroidissement lent soulage les contraintes internes créées par le processus de coulée et l'usinage précédent, assurant ainsi la stabilité dimensionnelle du produit final.
- Manipulation générale et stockage
- Il est fragile: ne laissez jamais tomber un produit en fonte ni le soumettre à des chocs. Évitez de les soulever en exerçant une pression sur les parties minces ou les protubérances car elles sont fortes en compression mais faibles en traction et peuvent se casser.
- Support approprié: stocker les pièces moulées sur une surface plate. Évitez de les stocker dans le temps de manière à les provoquer une flexion sous leur propre poids, car cela peut créer des contraintes et entraîner des fissurations.
Résumé final: Identifiez toujours le type spécifique de fonte que vous utilisez (par exemple, fer gris de qualité 40, fonte ductile 65-45-12). Les précautions exactes varieront. En cas de doute, veuillez consulter la fiche technique du matériau et les recommandations du fabricant de l'outil. La clé est de respecter à chaque étape la fragilité et l'abrasivité du matériau.
