Comment on fabrique une pièce (et ce que ça laisse comme traces)

Pourquoi le mainteneur doit le savoir

Une pièce raconte comment elle a été fabriquée. Un gros arrondi, un trait en relief, une fine ligne sur le pourtour ou des stries : ce sont des traces, et elles dépendent du procédé. Or chaque procédé ne marche qu’avec certaines matières : on ne forge pas de la fonte, on n’injecte pas de l’acier. Lire la forme, c’est donc déjà réduire la liste des matières possibles, sans toucher à la pièce.

Cela sert aussi à commander une pièce de rechange (une pièce moulée se prévoit « brute puis usinée »), et à choisir la bonne façon de la démonter.

Les six procédés en un coup d’œil

Procédé	Ce qu’on fait	Matières	Exemples sur un moteur ou à l’atelier
Usinage	On enlève de la matière avec un outil coupant (tournage, fraisage, perçage, rectification)	acier, aluminium, laiton, fonte, plastique	arbre du rotor, portées de roulement, alésages des flasques
Moulage	On verse du métal fondu dans un moule (sable, coquille ou sous pression)	fonte, aluminium, laiton, bronze	carcasse et flasques, boîte à bornes
Forgeage libre	On écrase de l’acier chauffé au marteau ou à la presse, sans moule	acier, laiton, aluminium (jamais la fonte)	gros arbres, pièces uniques
Matriçage (estampage)	On écrase du métal chauffé entre deux matrices creusées à la forme finale	acier, laiton, aluminium (jamais la fonte)	clés plates et à fourche, bielles, raccords laiton
Tôle	On découpe, plie, emboutit et poinçonne une tôle d’épaisseur constante	acier doux, inox, aluminium	capot de ventilateur, pattes, tôles du rotor et du stator
Injection	On injecte du plastique fondu sous pression dans un moule	plastique	ventilateur, boîte à bornes en plastique

Matriçage ou estampage ? Les deux mots désignent la même famille de procédés : forger entre deux matrices. Une matrice s’appelle aussi une estampe, d’où « estampage ». On les emploie presque l’un pour l’autre. Ne confonds pas avec l’emboutissage, qui se fait à partir d’une tôle, à froid.

Reconnaître un procédé sur la pièce

Pose les questions dans cet ordre, en regardant et en passant le doigt sur la pièce :

1. L’épaisseur est-elle la même partout, avec des plis arrondis ? C’est une tôle. Si en plus la matière n’est pas métallique, avec de petits ronds au dos (éjecteurs) : de l’injection.
2. Les angles sont-ils arrondis à gros rayon, avec un trait en relief et une surface granuleuse ? C’est un moulage au sable (fonte ou aluminium). Si la surface est lisse avec de petits ronds au dos et des parois fines : moulage sous pression (aluminium) ou injection (plastique).
3. Y a-t-il un fin trait régulier sur le pourtour et des arrondis réguliers ? C’est un matriçage (estampage) : acier, laiton.
4. Les arêtes sont-elles vives, avec des stries fines d’outil ? C’est de l’usinage.
5. La forme est-elle simple, irrégulière, noire et rugueuse ? C’est du forgeage libre brut, avant usinage.

Les traces à connaître

• Congé : arrondi à l’intérieur d’un angle. Sur une pièce moulée il est partout, car un angle vif se fissurerait au refroidissement. Une pièce usinée a au contraire des angles vifs (le rayon de la pointe de l’outil est minuscule).
• Dépouille : les parois sont légèrement inclinées (quelques degrés), pour pouvoir sortir le modèle du sable ou la pièce du moule.
• Plan de joint : trait ou petit relief là où les deux moitiés du moule (ou les deux matrices) se rejoignent.
• Jet de coulée : le canal par lequel le métal est entré dans le moule. On le coupe, puis on le meule : il reste une trace plate et plus lisse.
• Bavure : petite crête de métal qui s’échappe entre les deux matrices ou les deux moitiés du moule. On la détoure (on l’ébavure) : il reste un fin trait.
• Calamine : couche noire qui se forme sur l’acier chauffé au rouge. Une pièce noire, rugueuse, d’aspect « brûlé » est brute de forge.
• Point d’injection et éjecteurs : une pièce plastique ou en alliage injecté garde une petite marque à l’endroit d’entrée de la matière et de petits ronds là où les éjecteurs l’ont poussée dehors.
• Stries d’outil : fines lignes régulières, circulaires en tournage, en arcs en fraisage.
• Fibrage : en forgeage et matriçage, les fibres du métal suivent la forme de la pièce, comme les fibres du bois. La pièce résiste mieux qu’une pièce de même forme usinée dans la masse.

Pourquoi la matière dépend du procédé

• La fonte grise coule très bien dans un moule, mais elle est fragile : un coup de marteau la casse. On ne la forge donc jamais, et on ne la plie pas. Si une pièce a la forme d’une pièce forgée, ce n’est pas de la fonte.
• L’aluminium fond à basse température (environ 700 °C pour le couler) : il se moule très bien, sous pression, et donne des pièces légères à parois fines. Il se laisse aussi usiner et forger.
• L’acier se forge, se matrice, se plie en tôle et s’usine. On le moule rarement (acier moulé).
• Le laiton se moule, se forge, s’usine : on le trouve en raccords et en bornes.
• Le plastique est injecté dans un moule : à froid, il ne se plie pas et il ne se forge pas.

La forme ne prouve pas tout

Un flasque moulé peut être en fonte ou en aluminium : la forme ne les sépare pas. On croise les indices : la forme élimine des matières, puis l’aimant, le poids et l’aspect départagent. C’est exactement ce que fait l’enquête sur les matériaux du TP « Démontage d’un moteur asynchrone ».

Brut et usiné sur la même pièce

Une carcasse de moteur est brute de fonderie partout, sauf aux endroits où la précision compte (les alésages des roulements, les portées d’emboîtement, les plans d’appui) : là, elle est usinée, lisse et brillante. Un arbre est usiné dans une barre d’acier, avec des portées de roulement parfois rectifiées (meulées) pour une précision de quelques centièmes de millimètre. Quand tu vois une pièce brute avec quelques zones brillantes et lisses, c’est exactement cette combinaison.

Les barres, les plats et les tôles dont on part pour usiner ou plier viennent du laminage : un lingot d’acier est écrasé entre des rouleaux. Elles sont lisses, d’épaisseur ou de diamètre régulier, sans plan de joint ni congé.

Le vocabulaire du métier

Mouler, couler, forger, matricer, estamper, emboutir, plier, poinçonner, tourner, fraiser, rectifier, ébavurer, détourer, meuler. Une pièce est dite brute de fonderie, brute de forge, usinée ou rectifiée selon son dernier état de surface.