Moulage sous pression d'aluminium à haute pression : un guide détaillé

Concept de moulage sous pression haute pression

Le moulage sous pression haute pression (HPDC) est un procédé de moulage de métaux utilisé pour la production en série de pièces métalliques complexes, de haute intégrité et de forme presque nette. Le processus consiste à injecter du métal en fusion dans un moule préconçu à haute pression, généralement entre 1 000 et 25 000 PSI (livres par pouce carré). La haute pression est maintenue jusqu'à ce que le métal fondu se solidifie et soit retiré du moule.

Ce processus est réalisé à l’aide d’une machine de coulée sous pression à chambre chaude ou à chambre froide. La machine à chambre chaude est utilisée pour les matériaux à bas point de fusion comme le zinc, tandis que la machine à chambre froide est utilisée pour les matériaux à point de fusion élevé comme l'aluminium et le magnésium. Le HPDC est largement utilisé dans des secteurs tels que l'automobile, l'aérospatiale et le médical en raison de sa capacité à produire des pièces de haute qualité avec des tolérances serrées et des formes complexes.

Importance du concept de moulage sous pression à haute pression dans diverses industries

Le moulage sous pression haute pression (HPDC) est un concept important dans diverses industries en raison de ses nombreux avantages. Voici quelques industries qui bénéficient du concept HPDC :

Electronique grand public: Les produits électroniques grand public tels que les smartphones, les ordinateurs portables et les tablettes nécessitent des pièces petites et légères qui peuvent être facilement fabriquées à l'aide du processus HPDC. Ce processus permet la production de conceptions complexes et de composants précis avec une grande précision.

Équipement médicalt : L'industrie médicale bénéficie également du concept HPDC, qui permet de produire des composants légers et précis destinés à être utilisés dans les dispositifs et équipements médicaux. Le processus permet d'obtenir des composants de haute qualité avec d'excellentes finitions de surface, ce qui le rend idéal pour répondre aux exigences strictes de l'industrie.

Industrie de la Défense: Le HPDC présente un avantage dans l'industrie de la défense en permettant la production de composants complexes à haute résistance et avec une excellente précision dimensionnelle, qui sont cruciaux pour les véhicules militaires, les avions et les systèmes d'armes. Cela permet une innovation et un développement continus pour répondre aux exigences technologiques avancées des équipements militaires. Matériaux compatibles avec le moulage sous pression haute pression

Le bref aperçu suivant des matériaux compatibles vous aidera à déterminer si le HPDC est le processus de fabrication approprié ou si une méthode alternative doit être utilisée.

Aluminium: Il s'agit d'un matériau largement utilisé dans le moulage sous pression à haute pression en raison de ses propriétés inhérentes telles que la légèreté, la stabilité dimensionnelle, la conductivité électrique, la résistance à la corrosion et la résistance thermique.

Le matériau présente une bonne fluidité lorsqu'il est fondu à haute pression, mais nécessite un système de chambre froide pour produire des pièces moulées de haute qualité. Les alliages d'aluminium couramment utilisés dans le processus comprennent les 380, 390, 412, 443 et 518. Ce matériau est couramment utilisé dans des industries comme l'automobile et l'aérospatiale.

Magnésium: Il s'agit d'un autre matériau léger couramment utilisé dans le processus HPDC. Il a une usinabilité élevée et convient au moulage sous pression en chambre chaude en raison de son point de fusion plus bas. Les alliages de magnésium couramment utilisés dans le processus comprennent AZ91D, AM60, AS41B et AE42.

Zinc: Il s’agit du matériau le plus convivial parmi les trois matériaux HPDC courants. Il convient aux systèmes à chambre chaude et froide. Les alliages courants de zinc moulé sous pression à haute pression comprennent le Zamak, 2, 3 et 5. Les matériaux en zinc moulé sous pression sont solides, durables et usinables.

Qu'est-ce que le moulage sous pression d'aluminium à haute pression

Le moulage sous pression d'aluminium à haute pression (HPDC) est un processus de moulage de métal qui consiste à injecter de l'aluminium fondu à haute pression dans un moule préconçu pour créer des pièces métalliques de haute qualité. L'aluminium est pressurisé à des niveaux allant de 1 000 à 25 000 PSI pour remplir la cavité du moule et reproduire la forme de la pièce souhaitée. Elle est réalisée à l'aide d'une machine de coulée sous pression à chambre chaude ou froide, en fonction du point de fusion de l'alliage d'aluminium.

Quand dois-je choisir le processus HPDC ?

Il existe deux types d’équipements utilisés pour le moulage sous pression à haute pression : les équipements de moulage sous pression en chambre froide et en chambre chaude. Pour la coulée d’aluminium à haute pression, il est nécessaire d’utiliser des machines à chambre froide.

Le moulage sous pression haute pression (HPDC) est une technique de fabrication rapide et rentable adaptée au moulage de métaux non ferreux. Il est idéal pour les exigences de production élevées et peut produire des pièces à paroi mince avec une meilleure qualité de finition de surface. Cependant, il existe un risque de porosité à l’intérieur de la pièce moulée, ce qui peut compromettre l’intégrité structurelle et la rendre impropre au traitement thermique.

Composants d'une machine de moulage sous pression à haute pression

Si un constructeur envisage d’acquérir une machine HPDC, voici quelques composants de la machine et leurs fonctions respectives.

Moule moulé sous pression 

C'est le composant principal de la machine, généralement en acier. Son design représente le produit prévu et il est chargé de donner au métal en fusion la forme souhaitée. Le moule moulé sous pression comporte deux moitiés, une moitié mobile et une moitié fixe, qui se serrent sous l'effet d'une force lorsque l'opérateur injecte du métal en fusion.

Broches d'éjection 

Ce sont des composants qui facilitent l’éjection du moulage sous pression après solidification. Ils sont pour la plupart situés sur la moitié mobile de la matrice et facilitent le retrait des pièces moulées du moule.

Piston

Il produit la pression qui injecte le métal en fusion depuis la chambre de soufflage dans le moule. Selon le type de machine, celle-ci peut être automatisée.

Composants de chauffage

Ceux-ci sont constitués de l'élément chauffant, du thermocouple et de la chambre de soufflage (emplacement du métal en fusion). Ils fonctionnent pour chauffer le métal tout en stockant et en maintenant la température du métal en fusion. Les composants chauffants sont absents dans le système de chambre froide.

Tube montant: Cela sert de passage pour le métal en fusion dans le moule moulé sous pression.

Étapes du processus de moulage sous pression à haute pression

Les informations suivantes fournissent une compréhension complète du fonctionnement des processus de moulage sous pression haute pression :

La première étape est la préparation du moule: Il s'agit de nettoyer le moule et de lubrifier ses parois intérieures pour faciliter l'éjection et la régulation de la température.

La deuxième étape est l'injection: Elle peut être réalisée en utilisant soit le système d'injection en chambre chaude, soit en chambre froide, selon le type de matériau utilisé. Le système de chambre chaude convient aux métaux à bas point de fusion comme le zinc et le magnésium, tandis que la chambre froide est utilisée pour les métaux à haut point de fusion comme l'aluminium et le laiton.

La troisième étape est la suppression des pièces: Il s'agit d'utiliser une goupille d'éjection pour libérer la cavité du moule et faire sortir les moulages solidifiés.

La dernière étape est la coupe: Il s'agit d'éliminer les matériaux supplémentaires trouvés sur la pièce moulée et le moule à l'aide de diverses méthodes, telles qu'une matrice ou une scie.

Avantages et limites des moulages sous pression haute pression

Avantages

Des taux de production plus élevés

L’étape d’injection en HPDC est une étape vitale et s’effectue rapidement, ce qui entraîne des cadences de production élevées. Cela rend le processus avantageux pour le prototypage rapide, en particulier pour la fabrication de gros volumes, et plus rapide que d'autres méthodes de moulage telles que la LPDC.

Moulages sous pression haute pression de qualité

Les pièces moulées sous pression produites à l'aide de HPDC ont une précision dimensionnelle élevée, une excellente uniformité et une bonne finition de surface. Ils conservent également les propriétés mécaniques du matériau parent et nécessitent généralement un usinage minimal.

Produits à parois minces

Le HPDC peut atteindre une épaisseur de paroi fine inférieure à 0,40 mm et le processus permet l'ajout d'inserts ou de pièces co-moulées. Cette fonctionnalité réduit le nombre de composants requis lors de l'assemblage.

Réalisations de conception complexe

HPDC convient à la création de produits avec des formes de matrices complexes en raison de la flexibilité de la conception des moules. Cette flexibilité facilite l'assemblage des pièces produites.

Matrices durables

Les moules moulés sous pression utilisés dans HPDC sont très durables, permettant leur utilisation dans plusieurs cycles de production. Cette durabilité réduit le coût unitaire du moulage sous pression.

Limites

Présence d'air 

Il s'agit d'un problème courant dans le HPDC, entraînant des poches d'air dans le produit final. Cela rend le HPDC inadapté aux produits nécessitant une étanchéité à l'air, car l'emprisonnement d'air peut provoquer une porosité et des cloques en surface lors du traitement thermique. Dans de tels cas, le moulage sous pression à basse pression peut constituer une meilleure alternative.

Les coûts de démarrage initiaux 

Les coûts de démarrage d'une machine HPDC personnelle peuvent être importants, c'est pourquoi de nombreux particuliers et entreprises choisissent de sous-traiter leurs besoins en matière de moulage sous pression à un fournisseur de services.

Minimiser les défauts de matrice dans HPDC

Vous trouverez ci-dessous quelques-uns des types de défauts les plus courants et comment les minimiser :

Porosité

Il s’agit d’un problème courant rencontré lors du processus HPDC. Bien qu’il soit difficile d’éliminer complètement la porosité, vous pouvez la minimiser en intégrant la technologie du vide dans l’équipement.

Éclair

Les bavures sont un autre phénomène courant dans le moulage d'aluminium à haute pression, qui correspond à l'excès de matériau qui fuit le long des lignes de joint. Cela se produit généralement lorsque la pression d'injection dépasse la force de serrage. Une façon de prévenir les défauts d’éclair consiste à utiliser un équipement de moulage sous pression d’un tonnage suffisant.

Déchirure à chaud

Cela peut résulter d'un refroidissement non uniforme et provoquer des déchirures aux points chauds de vos pièces. Un refroidissement non uniforme se produit souvent en raison de la variation de l'épaisseur de la paroi d'une pièce moulée, mais il peut être résolu en améliorant la conception.

Sections non remplies

Des sections non remplies dans la cavité de la matrice peuvent apparaître en raison de divers facteurs. Ce problème peut être évité en surveillant le volume du shot, la vitesse et la température de versement.

Application du processus de moulage sous pression à haute pression

Industrie médicale: Dans l'industrie médicale, le HPDC est couramment utilisé pour fabriquer des équipements d'imagerie de haute production, des pompes à perfusion et d'autres pièces médicales. La productivité élevée du processus, sa compatibilité avec divers matériaux et sa capacité à produire des conceptions complexes en font un choix populaire dans cette industrie.

Industrie automobile: L'industrie automobile s'appuie sur HPDC pour fabriquer des composants automobiles cruciaux tels que des blocs moteurs, des supports de moteur, des carters de boîte de vitesses et d'autres pièces structurelles. La compatibilité de la méthode avec des matériaux comme l'aluminium et le magnésium, sa capacité à atteindre une grande précision et sa capacité à produire des conceptions complexes en font un choix privilégié dans ce secteur.

Industrie aérospaciale: Le secteur aérospatial emploie également HPDC pour fabriquer des pièces de moteurs en utilisant des matériaux comme le zinc, le magnésium et l'aluminium. Ces métaux possèdent des propriétés uniques qui les rendent adaptés au moulage sous haute pression, et la capacité de la méthode à produire des conceptions complexes en fait une option idéale pour l'industrie aérospatiale.

Comparaison entre HPDC et LPDC

    A. Moulage sous pression d'aluminium à haute pression

Le moulage sous pression d'aluminium sous haute pression (HPDC) est un procédé de fabrication largement utilisé dans le monde entier, avec environ 701 TP3T de fabricants de moulage sous pression utilisant ce procédé. Les étapes impliquées dans le processus de moulage sous pression de l'aluminium sont les suivantes :

Premièrement, les alliages d'aluminium sont fondus dans un four séparé. Ensuite, l'aluminium fondu est transféré dans le manchon de grenaille de l'équipement de moulage sous pression, soit manuellement, soit par un bras robotisé. Ensuite, le métal en fusion est poussé dans le moule par un piston à haute pression. La pièce moulée est laissée refroidir et se solidifier à l'intérieur des matrices pendant une période spécifique avant que les moitiés de la matrice ne soient séparées et que la pièce moulée finie soit récupérée.

    B. Moulage sous pression basse pression

Les machines de coulée d'aluminium à basse pression ont une structure différente de celle des équipements de coulée d'aluminium à haute pression, et le processus de coulée sous pression à basse pression est décrit ci-dessous :

Tout d’abord, l’alliage d’aluminium est fondu dans un four hermétiquement fermé. Les moitiés de filière sont positionnées au-dessus du four et reliées à l'aide d'un tube montant. Ensuite, une faible pression d’air est appliquée depuis l’intérieur du four, provoquant la montée de l’aluminium fondu à travers le tube et le remplissage de la cavité de la filière. La pression de l'air est maintenue jusqu'à ce que la pièce moulée soit solidifiée. Enfin, les matrices sont ouvertes et la pièce moulée est récupérée.

    C. Quand choisir le processus HPDC ou LPDC

Le choix entre le moulage sous pression haute pression (HPDC) et le moulage sous pression basse pression (LPDC) dépend de divers facteurs tels que la complexité de la conception de la pièce, le volume de production souhaité, les propriétés des matériaux requises et les considérations de coût.

Le HPDC est préféré pour les pièces complexes avec des parois minces et des détails complexes, car il permet une flexibilité de conception de moules complexes. Il est également idéal pour les productions en grand volume car il s'agit d'un processus rapide avec des cadences de production élevées. HPDC produit des pièces avec une précision dimensionnelle élevée, une bonne finition de surface et une excellente uniformité. Cependant, le HPDC peut ne pas convenir aux pièces qui ne peuvent pas présenter de poches d'air ou de défauts.

Le LPDC, quant à lui, convient à la production de pièces aux parois plus épaisses et moins complexes. Il est idéal pour les pièces aux propriétés mécaniques élevées et celles qui nécessitent un traitement thermique, comme les composants de moteur. LPDC peut également produire des pièces présentant moins de défauts et moins de porosité. Cependant, le LPDC n'est peut-être pas aussi rapide que le HPDC et peut ne pas convenir aux séries de production à grand volume.

Foire aux questions (FAQ)

Pourquoi utiliser l'usinage CNC pour les moules de coulée sous pression ?

L'usinage CNC est un processus de fabrication largement préféré pour les moules de coulée sous pression en raison de sa précision, de son exactitude et de sa capacité à atteindre des tolérances élevées. Étant donné que les moules de moulage sous pression nécessitent des niveaux de détail élevés, l’usinage CNC est le processus privilégié pour leur fabrication.

Moulage sous pression haute pression : est-ce destiné aux plastiques ?

Il est important de noter que le moulage sous pression haute pression n’est pas utilisé pour les plastiques. Le moulage par injection est le procédé préféré pour les polymères plastiques, tandis que le moulage sous pression est utilisé pour les métaux.

Quelle est la différence entre le moulage haute pression et le moulage par gravité ?

La principale différence entre la coulée haute pression et la coulée par gravité réside dans la méthode utilisée pour remplir le moule avec du métal en fusion. Le moulage à haute pression consiste à injecter le métal sous haute pression, tandis que le moulage par gravité repose sur la force de gravité pour remplir le moule de métal en fusion.