Dans une fonderie, la pièce qui sort du moule n’est jamais la pièce livrée au client. Entre les deux se glissent de nombreuses activités : le refroidissement, le dessablage, l’ébavurage robotisé, le détourage, le sciage, la vision, le contrôle qualité, … Autant d’opérations regroupées sous le terme de parachèvement en fonderie. C’est souvent le poste le plus consommateur de main-d’œuvre de tout le process, et paradoxalement l’un des moins automatisés. Alors même que la fusion et le moulage ont, eux, largement amorcé leur mue technologique.
Pénurie de main-d’œuvre sur des postes physiquement exigeants, exigences qualité toujours plus strictes des donneurs d’ordres automobile, aéronautique ou ferroviaire, pression sur les coûts face à la concurrence internationale : les raisons de s’intéresser à l’automatisation du parachèvement en fonderie ne manquent pas. Quels process automatiser en premier ? Avec quelles technologies ? Selon quels critères, et avec quelles limites ? C’est tout l’objet de ce guide.
01/ Qu’est-ce que le parachèvement en fonderie et pourquoi l’automatiser ?
Les activités qui composent le parachèvement en fonderie
Le parachèvement regroupe un ensemble d’activités de finition distinctes, appliquées à une pièce brute de fonderie pour la rendre conforme et prête à être livrée ou à entrer en usinage chez le client :
- Remmoulage
- Systèmes de refroidissement
- Ébavurage robotisé
- Détourage
- Sciage et pré-usinage
- Systèmes de vision (2D / 3D)
- Contrôle Qualité
Ces activités ne forment pas un process unique et obligatoire. Chacune d’entre elles répond à un besoin propre, qui dépend avant tout du procédé du moulage et du type de pièce de fonderie. Une pièce obtenue par moulage sable nécessite un dessablage. Une pièce issue d’un moulage coquille, d’un moulage haute ou basse presse, ou d’un procédé à la cire perdue, non. Toutes les pièces ne demandent pas non plus de sciage ou de pré-usinage, selon la présence ou non de masselottes volumineuses et les exigences du client.
Automatiser le parachèvement ne signifie donc pas construire une ligne continue qui enchaînerait obligatoirement toutes ces activités. Une fonderie peut très bien automatiser une seule d’entre elles, la plus pertinente pour elle, y ajouter si elle le souhaite un système de vision 3D, sans toucher aux autres. Un point sur lequel nous reviendrons plus tard dans cet article.
Le parachèvement regroupe plusieurs activités de finition distinctes, appliquées à la pièce après sa sortie du moule.
Trois pressions poussent aujourd’hui les fonderies françaises à s’intéresser à ces activités :
- La pénibilité et la pénurie de main-d’œuvre sur les postes d’ébavurage et de dessablage (un sujet détaillé dans notre article sur la robotique et la baisse des TMS)
- Des exigences qualité et de traçabilité croissantes chez les donneurs d’ordres stratégiques
- La compétitivité face à des pays à coûts de production plus faibles
Ce contexte plus large de transformation des ateliers, nous l’abordions déjà dans nos articles sur la digitalisation des fonderies en France et sur l’Industrie 4.0. Ici, on s’arrête sur ces activités de parachèvement prises individuellement.
Ce que l’automatisation change concrètement pour l’atelier
Automatiser une activité de parachèvement ne consiste pas seulement à remplacer une paire de mains par un bras robotisé. Cela modifie la façon de travailler sur le poste concerné : les temps de cycle se stabilisent ou se raccourcissent, les finitions deviennent plus répétables d’une pièce à l’autre, et les données de production peuvent être enregistrées automatiquement pour la traçabilité.
Cela redistribue aussi les rôles en atelier. Les opérateurs auparavant affectés au meulage ou au sciage manuel sont progressivement réorientés vers la supervision des cellules, la programmation ou le contrôle qualité. Des tâches à plus forte valeur ajoutée et généralement moins pénibles physiquement.
02/ Quelles opérations de parachèvement peut-on automatiser en fonderie ?
Voici, activité par activité, ce qui peut concrètement être automatisé. Aucune fonderie n’est censée retrouver l’ensemble des activités citées plus haut dans son process industriel. Mais si votre projet industriel implique plusieurs de ces activités, elles seront assemblées sur une seule et même ligne de production. Et ce, afin de créer un ensemble cohérent au service de vos besoins.
Le remmoulage
Sur les procédés de moulage en sable ou en matériaux réfractaires, une partie du sort de la pièce se joue déjà avant même qu’elle n’existe, sur le moule lui-même. Une fois les noyaux positionnés (es éléments qui dessineront les cavités internes de la future pièce), les différentes parties du moule doivent être assemblées, calées et serrées entre elles avant que le métal en fusion ne soit versé. C’est cette opération que l’on appelle le remmoulage.
Elle conditionne directement la réussite de la coulée qui suit. Un moule mal fermé ou mal serré peut laisser le métal s’échapper par les jointures, empêcher les gaz de s’évacuer correctement, ou voir sa partie supérieure se soulever sous la pression du métal versé. Autant de défauts qui se révèlent ensuite sur la pièce finie, une fois celle-ci démoulée.
Cette manipulation reste l’une des plus physiquement exigeantes de l’atelier : les éléments de moule à soulever et positionner sont souvent lourds. Et le geste doit rester précis malgré la charge. Automatiser le remmoulage à l’aide de bras robotisés répond à ce double enjeu. D’un côté, un serrage reproduit au millimètre près d’un moule à l’autre limite les défauts liés à un mauvais assemblage. De l’autre, cela retire des opérateurs une manutention lourde et répétitive, directement associée aux risques de troubles musculo-squelettiques.
Le remmoulage assemble, cale et verrouille les parties du moule juste avant la coulée.
Le refroidissement des pièces
Quelque soit le procédé de moulage, une pièce doit refroidir suffisamment pour être manipulée sans risque de déformation, ni de choc thermique.
Automatiser cette étape consiste généralement à intégrer par exemple un carrousel de refroidissement, un brumisateur ou encore un bac de refroidissement, tous étant intégralement robotisés. Ce process, qui ne concerne que les pièces aluminium, est toutefois peu répandu par rapport aux autres activités présentées ici. Certains équipementiers proposent des solutions dédiées à ce poste.
Le dessablage et le décochage
Sur les pièces moulées en sable, la pièce doit être séparée, une fois suffisamment refroidie, du sable de moulage et des noyaux qui ont servi à créer ses formes internes. Réalisée manuellement, cette opération est l’une des plus exposantes de la fonderie : poussières, vibrations, bruit. Elle ne concerne en revanche pas les pièces issues d’un moulage coquille ou d’un procédé à la cire perdue, qui n’utilisent pas de sable.
L’automatisation du dessablage s’appuie sur des dessableuses combinant vibration, aspiration et parfois grenaillage pour un décochage homogène. Elle améliore surtout la régularité du résultat d’une pièce à l’autre, ce qui limite les reprises manuelles en aval et réduit d’autant l’exposition des opérateurs.
Le dessablage élimine les résidus de sable de moulage sur les pièces issues d’un moulage sable.
L’ébavurage : robotisé ou sur détoureuse
L’ébavurage consiste à éliminer les bavures de moulage, les carottes de coulée et les masselottes qui subsistent sur la pièce brute. C’est une activité que l’on retrouve sur la quasi-totalité des procédés de moulage. Et historiquement la plus consommatrice de main-d’œuvre du parachèvement. Celle où l’automatisation a le plus progressé ces quinze dernières années.
Deux grandes familles de solutions coexistent. L’ébavurage robotisé repose sur un bras équipé d’outils interchangeables (meulage, tronçonnage, fraisage, …), capable de traiter des géométries variées au sein d’une même cellule. Un atout pour les fonderies qui traitent de nombreuses références différentes. L’ébavurage sur détoureuse, à l’inverse, repose sur une machine dédiée qui découpe la pièce selon un contour fixe : plus rapide sur une référence donnée, mais moins flexible dès qu’il faut changer de pièce.
Le chois entre les deux dépend largement des volumes et de la diversité de production. Un point détaillé plus loin dans cet article.
L’ébavurage robotisé élimine bavures et carottes de coulée avec une précision répétable.
Le sciage et le pré-usinage
Sur certaines pièces, notamment celles obtenues par moulage sur grappe ou avec des masselottes volumineuses, un sciage complète l’ébavurage pour séparer la pièce de ses attaques de coulée. Le pré-usinage, quant à lui, consiste à reprendre certaines cotes ou surfaces avant que la pièce ne parte en usinage final. Ni l’un ni l’autre ne concerne systématiquement toutes les pièces. Cela dépend de leur géométrie et du cahier des charges du client.
Automatisées, ces opérations gagnent en répétabilité dimensionnelle. Ce qui limite les rebuts liés à des cotes hors tolérance détectées seulement lors de l’usinage final.
La vision industrielle et le contrôle qualité
Toute pièce de fonderie fait l’objet d’un contrôle avant expédition, vérifiant cotes, aspects de surface et absence de défauts. Réalisé manuellement, ce contrôle repose sur un échantillonnage. Impossible dès lors de contrôler visuellement 100% d’une production en grande série.
Les systèmes de vision industrielle 2D et 3D changent la donne. Intégrés en sortie de poste ou directement dans une cellule de finition, ils comparent chaque pièce à un modèle numérique de référence et peuvent détecter des écarts dimensionnels, des manques de matière, des bavures résiduelles ou des défauts de surface, pièce par pièce, sans ralentir la cadence.
Les systèmes de vision 2D/3D détectent les défauts pièce par pièce, sans échantillonnage.
03/ Quelles solutions technologiques permettent d’automatiser le parachèvement en fonderie ?
Qu’elles soient traitées isolément ou combinées, ces activités peuvent s’appuyer sur des familles de solutions assez différentes selon le contexte de la fonderie.
Cellules robotisées polyvalentes ou machines standard dédiées
Le premier arbitrage technologique oppose la cellule robotisée polyvalente à la machine dédiée à une opération unique. La première traite plusieurs types d’opérations (meulage, tronçonnage, ponçage) sur des pièces de géométries différentes, grâce à un mur d’outils et à un changement de programme plutôt que de machine. La seconde va plus vite sur une référence fixe, mais s’adapte mal dès que la production se diversifie.
Ces cellules sont aujourd’hui disponibles dans des gammes de poids très variées. Chez SiiF, par exemple, les différentes gammes de cellules robotisées permettent de couvrir des pièces allant de quelques dizaines de kilos à environ 15 tonnes pour les composants les plus lourds. De quoi traiter aussi bien de petites pièces automobiles que des composants ferroviaires ou industriels : un bon indicateur de l’étendue que ce type de solution peut couvrir aujourd’hui.
Vision directement dans les cellules de finition (fixe ou embarquée)
Une tendance se confirme sur les installations de parachèvement en fonderie les plus récentes : l’intégration directe d’un système de vision au sein même de la cellule de finition. Soit fixe, soit embarquée directement dans le préhenseur. La caméra scanne la pièce avant opération (localisation, relocalisation, contrôle qualité, …). Ce qui permet de détecter un écart avec la pièce de référence automatiquement.
Programmation hors ligne
L’idée que l’automatisation serait réservée aux très grandes séries reste répandue. Mais elle correspond de moins en moins à la réalité du terrain. Le principal frein à l’automatisation en petites séries n’est pas la technologie elle-même. Mais le temps perdu à reprogrammer une cellule à chaque changement de référence.
La programmation hors-ligne répond directement à ce frein : le parcours du robot est simulé et préparé par un roboticien sur un logiciel, à partir du plan de la pièce, avant même que celle-ci n’arrive en atelier. La création d’une nouvelle campagne sur la cellule s’en trouve considérablement facilitée. C’est notamment l’approche que propose SiiF avec sa programmation hors-ligne. Une réponse directe aux fonderies qui traitent de nombreuses références en volumes modérées.
Îlot autonome ou ligne de parachèvement complète
Ce choix rejoint directement le point évoqué plus haut : le parachèvement n’est pas un bloc unique à automatiser d’un coup. Une fonderie peut choisir d’automatiser une seule activité : un îlot autonome par exemple dédié à l’ébavurage, sans toucher au reste de l’atelier. Elle peut aussi, si plusieurs activités s’y prêtent, viser une ligne complète où systèmes de vision, dessablage, détourage et ébavurage peuvent s’enchaîner avec un transfert automatisé des pièces de fonderie d’un poste à l’autre.
La première option demande un investissement plus limité et convient bien à une première expérience d’automatisation. Par exemple, SiiF propose des cellules standardisées afin d’optimiser l’investissement. La seconde maximise les gains de productivité, mais suppose une réflexion plus globale sur l’implantation de l’atelier. Elle n’a rien d’une étape obligatoire pour qui automatise une activité isolée.
04/ Quelles sont les limites de l’automatisation du parachèvement en fonderie ?
Un investissement qui n’est pas à la portée de toutes les tailles de fonderie
Une cellule robotisée ou une dessableuse automatisée représente un investissement significatif, intégration et formation comprises. Pour une fonderie qui produit de très faibles volumes sur des références qui changent constamment, le calcul de rentabilité peut rester défavorable. Du moins tant que cette diversité n’est pas prise en charge par une solution suffisamment flexible : programmaiton hors ligne, cellule polyvalente). Ce n’est pas un obstacle définitif, mais un paramètre à chiffrer sérieusement avant de se lancer.
Des compétences nouvelles à internaliser
Une cellule automatisée ne fonctionne pas seule indéfiniment. Elle a besoin d’opérateurs capables de la superviser, de créer une nouvelle campagne lors de l’arrivée d’une nouvelle référence, et d’assurer une maintenance de premier niveau. Pour un atelier qui n’a jamais travaillé avec de la robotique, cela suppose un vrai plan de formation. Et parfois le recrutement d’un profil technique dédié. La programmation hors ligne réduit ce besoin. Elle ne le supprime pas par contre.
Une phase de rodage qui ralentit avant d’accélérer
L’installation d’une nouvelle cellule s’accompagne presque toujours d’une période de réglage, pendant laquelle la cadence peut temporairement descendre sous le niveau atteint manuellement. Le temps que les paramètres soient ajustés à chaque référence. Mieux vaut l’anticiper dans le planning de production que le découvrir en cours de déploiement.
La montée en compétences des équipes conditionne la réussite du projet, au moins autant que la machine elle-même.
Ces limites ne remettent pas en cause l’intérêt de la démarche. Elles doivent simplement entrer dans l’équation au moment de choisir quelle activité automatiser. Et si c’est utile d’en combiner plusieurs.
05/ Comment choisir la bonne solution d’automatisation pour sa fonderie ?
Le type de pièces et les alliages traités
Le poids, la géométrie et l’alliage de la pièce (fonte, aluminium et alliage d’acier) orientent fortement le choix de la solution. Une pièce aluminium légère et une pièce fonte de plusieurs centaines de kilos ne sollicitent ni le même robot, ni le même outillage, ni même la même cabine d’insonorisation.
Les volumes et la diversité des références
Une fonderie qui produit un grand nombre de pièces identiques n’a pas les mêmes besoins qu’une fonderie multi-références en petites séries. La première peut s’orienter vers une machine dédiée, plus rapide sur cette référence unique. La seconde a davantage intérêt à mettre en place une cellule robotisée polyvalente, associée à une programmation hors-ligne pour limiter les temps de changement de campagnes.
Ce qu’il faut mettre dans la balance du ROI
Le retour sur investissement se raisonne rarement sur un seul poste de coût. Du côté de l’investissement, il faut intégrer le prix de la solution elle-même. Mais aussi son intégration, son installation, la formation des équipes et la période de rodage évoquée plus haut.
Du côté des gains, plusieurs postes se cumulent :
- La main-d’œuvre libérée pour d’autres tâches à valeur ajoutée
- La productivité et la régularité des cadences une fois l’installation stabilisée
- La réduction des rebuts liés aux écarts de process
- Des gains moins directement chiffrables (réduction de l’absentéisme sur les postes pénibles par exemple)
L’accompagnement proposé par le fournisseur
Au-delà de la machine, l’accompagnement proposé par le fournisseur pèse dans la décision. En particulier pour les fonderies qui n’ont pas de compétence robotique en interne. Formation des opérateurs, SAV, maintenance (sur site, à distance avec audit), création nouvelle campagne : ce sont des critères aussi structurants que les caractéristiques techniques de la solution elle-même.
SiiF, équipementier français basé à Caudan dans le Morbihan (France) et spécialisé depuis plus de trente ans dans le parachèvement fonderie, combine par exemple la fourniture d’équipements avec un centre de formation dédié. Au-delà du fournisseur, des centres techniques indépendants comme le Cetim peuvent aussi accompagner les fonderies dans l’évaluation technique de ce type de projet.
Le choix d’une solution dépend du poids des pièces, des volumes et de la diversité des références à traiter.
FAQ/ Automatisation du parachèvement en fonderie : quelles questions se pose-t-on encore ?
Qu’est-ce que le parachèvement en fonderie ?
Le parachèvement regroupe les activités de finition qui transforment une pièce brute de fonderie en une pièce conforme : remmoulage, refroidissement, dessablage, ébavurage, sciage, pré-usinage, vision industrielle (2D/3D), contrôle qualité, … Ce sont des activités distinctes, pas un process unique imposé à toutes les pièces : leur présence dépend notamment du procédé de moulage utilisé.
Le parachèvement est-il toujours un enchaînement obligatoire de toutes ces activités ?
Non. Chaque activité répond à un besoin propre : une pièce moulée en sable nécessite un dessablage, une pièce moulée en coquille ou à la cire perdue non, par exemple. Une fonderie peut automatiser une seule de ces activités, sans obligation de les intégrer toutes dans une ligne continue.
Quelles sont les premières activités à automatiser dans une fonderie ?
L’ébavurage et le dessablage (quand il s’applique) sont généralement les premières activités automatisées, car ce sont les plus consommatrices de main-d’œuvre et les plus exposantes pour les opérateurs. Le contrôle qualité par vision industrielle vient souvent dans un second temps.
L’automatisation est-elle réservée aux grandes séries ?
Non. Grâce à la programmation hors ligne et aux cellules robotisées polyvalentes, l’automatisation devient pertinente pour des volumes modérés, dès lors que le temps de changement entre deux références reste maîtrisé.
Quelle différence entre ébavurage robotisé et ébavurage sur détoureuse (détourage) ?
Tout dépend de la diversité des pièces à traiter. La détoureuse gagne en vitesse pure sur une référence figée, produite en grand nombre. La cellule robotisée gagne dès que plusieurs pièces différentes doivent passer sur la même installation, puisqu’un simple changement de programme suffit là où la détoureuse demanderait un changement d’outillage physique.
Peut-on contrôler 100% des pièces avec la vision industrielle ?
Oui. Un système de vision 2D ou 3D peut analyser chaque pièce sans ralentir la cadence de production, tout en enregistrant les résultats pour la traçabilité, là où le contrôle visuel manuel repose nécessairement sur un échantillonnage.
Combien de temps pour rentabiliser une cellule robotisée de finition ?
Il n’existe pas de délai universel : cela dépend du coût du projet, des volumes traités, de la main-d’œuvre libérée et des rebuts évités. Ce calcul doit intégrer l’ensemble des gains, et pas seulement le prix d’achat.
Qui propose des solutions d’automatisation du parachèvement en France ?
Plusieurs équipementiers français interviennent sur ce marché, aux côtés d’acteurs internationaux. SiiF, basé à Caudan dans le Morbihan (France), fait partie des spécialistes qui couvrent l’ensemble des besoin en parachèvement, du remmoulage au pré-usinage, pour les pièces de fonderie fonte, aluminium et acier.
Automatiser le parachèvement ne se pense pas comme un chantier unique et figé, mais activité par activité : identifier celle qui pèse le plus sur l’atelier, mesurer les résultats, puis décider, au cas par cas, s’il est pertinent d’en combiner d’autres. C’est cette approche pas à pas, plutôt qu’une vision en process global, qui permet de concilier gains de productivité, qualité constante et meilleures conditions de travail.