Qu'est-ce que le moulage sous pression ?
Le moulage sous pression est un procédé de fabrication permettant de produire des pièces métalliques avec une grande précision dimensionnelle et un excellent état de surface. Il consiste à injecter du métal en fusion dans une cavité de moule sous haute pression. Cette cavité est créée par deux matrices en acier trempé usinées à la forme souhaitée.
Le procédé commence par la fusion du métal, généralement de l'aluminium, du zinc ou du magnésium, dans un four. Le métal en fusion est ensuite injecté dans le moule sous haute pression à l'aide d'une presse hydraulique. Le métal se solidifie rapidement à l'intérieur du moule, et les deux moitiés de celui-ci sont ouvertes pour libérer la pièce finie.
Le moulage sous pression est largement utilisé pour produire des pièces aux formes complexes et aux parois fines, comme les blocs-moteurs, les carters de transmission et divers composants automobiles et aérospatiaux. Ce procédé est également courant dans la fabrication de biens de consommation, tels que les jouets, les articles de cuisine et les produits électroniques.
Moulage sous pression
Le moulage sous pression est un procédé spécialisé qui s'est principalement développé au cours du XXe siècle. Le principe de base consiste à verser ou injecter du métal en fusion dans un moule en acier. Sous l'effet d'une vitesse élevée, d'une pression constante et croissante (dans le cas du moulage sous pression), puis d'un refroidissement, le métal en fusion se solidifie pour former une pièce moulée. Ce procédé, qui ne dure généralement que quelques secondes, permet de fabriquer rapidement des produits métalliques à partir de matières premières. Le moulage sous pression convient à des matériaux tels que l'étain, le plomb, le zinc, l'aluminium, le magnésium, les alliages de cuivre et même les alliages de fer comme l'acier inoxydable. Les principaux alliages utilisés aujourd'hui sont l'aluminium, le zinc et le magnésium. Des premières machines de moulage sous pression, qui orientaient les outils de moulage verticalement, aux systèmes actuels d'orientation et de fonctionnement horizontaux, de tension à quatre tirants et de contrôle informatisé complet des différentes étapes du processus, le procédé a considérablement évolué au fil des ans.
L'industrie s'est développée en une machine de fabrication mondiale, produisant des composants pour une variété d'applications, dont beaucoup seront à votre portée, car les applications des pièces moulées sous pression sont très diverses.
Avantages du moulage sous pression
Voici quelques avantages du moulage sous pression :
• Ce procédé est adapté à la production en grande série.
• Produire rapidement des pièces moulées relativement complexes par rapport à d'autres procédés de formage des métaux (par exemple, l'usinage).
• Composants à haute résistance produits à l'état brut de fonderie (sous réserve de la conception du composant).
• Répétabilité dimensionnelle.
• Sections à parois minces possibles (ex. 1-2,5 mm).
• Bonne tolérance linéaire (ex. 2 mm/m).
• Bonne finition de surface (ex. 0,5-3 µm).
Le procédé de moulage sous pression à chambre chaude consiste à faire fondre un lingot de métal dans un four situé à proximité ou intégré au demi-plateau fixe de la machine de moulage sous pression. Le métal en fusion est ensuite injecté par un piston immergé, directement à travers le col de cygne et la buse, dans le moule. Le col de cygne et la buse doivent être chauffés pour éviter que le métal ne se solidifie avant d'atteindre la cavité du moule. C'est cette étape de chauffage et d'injection du métal en fusion qui justifie l'appellation « chambre chaude ». Le poids de la pièce moulée est déterminé par la course, la longueur et le diamètre du piston, ainsi que par les dimensions du manchon/de la chambre. La buse joue également un rôle et doit être prise en compte lors de la conception du moule. Une fois le métal solidifié dans la cavité (en quelques secondes seulement), le demi-plateau mobile de la machine, auquel est fixé le demi-plateau mobile du moule, s'ouvre et la pièce est éjectée du moule. Les faces du moule sont ensuite lubrifiées par un système de pulvérisation, le moule se referme et le cycle recommence.
Grâce à son système de fusion/injection de métal « fermé » et à ses mouvements mécaniques minimaux, le moulage sous pression en chambre chaude permet de réaliser des économies substantielles. L'alliage de zinc est principalement utilisé dans ce procédé ; son point de fusion relativement bas réduit l'usure des machines (pot, col de cygne, manchon, piston, buse) et des outils de moulage (d'où une durée de vie plus longue que pour les outils en aluminium, sous réserve de la qualité des pièces moulées).
Le terme « chambre froide » provient du procédé de coulée du métal en fusion dans une chambre froide/manchon d'injection, fixée par le plateau fixe du demi-moule à l'arrière de ce dernier. Les fours de maintien/fusion du métal en fusion sont généralement situés au plus près de l'extrémité d'injection de la machine de moulage sous pression, permettant ainsi à un opérateur manuel ou à une louche de coulée automatique d'extraire la quantité de métal nécessaire à chaque injection/cycle et de la verser dans un orifice de coulée du manchon/chambre d'injection. Un piston (pièce d'usure remplaçable, usinée avec précision au diamètre intérieur du manchon d'injection en tenant compte de la dilatation thermique) relié au piston de la machine pousse le métal en fusion à travers la chambre d'injection et dans la cavité du moule. La machine de moulage sous pression effectue une première étape, consistant à pousser le métal en fusion au-delà de l'orifice de coulée du manchon. Les étapes suivantes se déroulent sous l'effet d'une pression hydraulique accrue du piston, afin d'injecter le métal en fusion dans la cavité du moule. L'ensemble du processus ne prend que quelques secondes. La pression, qui augmente rapidement et intensément, ainsi que la chute de température du métal, provoquent sa solidification dans la cavité du moule. Le demi-plateau mobile de la machine de moulage sous pression s'ouvre (le demi-plateau mobile du moule y est fixé) et éjecte la pièce moulée solidifiée. La pièce est ensuite retirée, les faces du moule sont lubrifiées par pulvérisation, puis le cycle est répété.
Les machines à chambre froide sont adaptées au moulage sous pression de l'aluminium. Les pièces de la machine (manchon d'injection, embout de piston) sont remplaçables et les manchons peuvent subir un traitement thermique pour accroître leur durabilité. L'alliage d'aluminium est fondu dans un creuset en céramique en raison de son point de fusion relativement élevé et de la nécessité de limiter les risques d'incorporation de fer, présents dans les creusets en métaux ferreux. L'aluminium étant un alliage relativement léger, il permet le moulage sous pression de pièces volumineuses et lourdes, ou lorsque l'on recherche à la fois une résistance et une légèreté accrues.
