Procédé de moulage sous pression par gravité
Introduction au moulage sous pression par gravité
Le moulage sous gravité (GDC) est un procédé classique de formage des métaux. Son principe fondamental consiste à utiliser la gravité pour injecter du métal en fusion dans un moule métallique préfabriqué (généralement en fonte, en acier ou en alliage de cuivre). Une fois que le métal en fusion a refroidi et s'est solidifié dans le moule, celui-ci est ouvert et la pièce moulée est démoulée.
Ce procédé est largement utilisé dans les secteurs de l'automobile, de la construction mécanique, de l'aérospatiale et de l'électroménager ; il est particulièrement adapté à la production en série de pièces métalliques de taille moyenne à grande, présentant des formes complexes et nécessitant une grande précision dimensionnelle.
Procédé de moulage sous pression par gravité
Le moulage par gravité (GD/moulage en moule) repose sur le principe consistant à utiliser la gravité pour guider le métal en fusion dans un moule métallique, où il refroidit et se solidifie afin d'obtenir des pièces moulées de haute précision. L'ensemble du processus nécessite un contrôle rigoureux de l'état du moule, de la qualité du métal en fusion, des paramètres de coulée et des techniques de post-traitement afin de garantir la régularité et le rendement de la coulée.
Suijin Machinery propose des flux de production standardisés pour la production industrielle à grande échelle, tout en offrant des solutions optimisées pour la personnalisation de petites séries.
Étape 1 : Conception et fabrication des moules / Contrôle qualité
Activités principales :
- Concevoir des moules (notamment les cavités, les canaux d'alimentation, les masselottes, les canaux de dégazage et les mécanismes d'éjection) spécialement adaptés à la structure de la pièce moulée afin de garantir un écoulement régulier du métal en fusion, une alimentation suffisante et un dégazage complet (pour éviter la porosité et les cavités de retrait) ;
- Utiliser de l'acier à matrice pour travail à chaud (par exemple, H13) comme matériau du moule, soumis à un traitement thermique (trempe + revenu) afin d'améliorer la résistance aux hautes températures et à l'usure. Polir la surface de la cavité jusqu'à obtenir un rugosité Ra de 3,2 à 6,3 μm (afin de garantir une surface de moulage lisse) ;
- Contrôle du moule avant la production : nettoyer les impuretés résiduelles de la cavité, vérifier l'état d'usure et la déformation de la cavité, contrôler le bon fonctionnement du mécanisme d'éjection et s'assurer que les canaux de refroidissement ne sont pas obstrués (si le moule est équipé d'un système de refroidissement).
Contrôle qualité :
Les tolérances dimensionnelles du moule doivent être supérieures de 1 à 2 grades à celles requises pour la pièce moulée. La largeur des canaux de purge est comprise entre 0,2 et 0,5 mm, et leur profondeur entre 0,1 et 0,3 mm, afin d'éviter tout débordement du métal en fusion tout en garantissant une purge efficace.
Étape 2 : Préparation des matières premières et fusion des métaux
Activités principales :
- Choisissez des alliages adaptés (par exemple, l'alliage d'aluminium A356, l'alliage de zinc ZAMAK 5, l'alliage de cuivre (laiton) H62). Les matières premières doivent être conformes aux normes industrielles (par exemple, ASTM, GB/T) ; il convient d'éliminer toute trace d'huile, de calamine et d'autres impuretés en surface.
- Préparez les matériaux selon les proportions indiquées dans la formule et faites-les fondre dans un four (par exemple, un four à résistance ou un four à induction) : alliage d'aluminium 650-700 ℃, alliage de zinc 380-420 ℃, alliage de cuivre 900-1100 ℃.
- Traitement d'affinage des métaux : ajouter des agents d'affinage (par exemple, de l'hexachloroéthane pour les alliages d'aluminium) afin d'éliminer les gaz et les impuretés. Laisser reposer pendant 5 à 10 minutes pour garantir une composition homogène. Analyser la composition de l'alliage à l'aide d'un spectromètre afin de s'assurer qu'elle est conforme aux normes.
Contrôle qualité :
Teneur en gaz dans le métal fondu ≤ 0,15 ml/100 g (alliage d'aluminium), teneur en impuretés ≤ 0,51 TP3T, afin d'éviter les défauts de porosité et d'inclusions dans les pièces moulées causés par les gaz ou les impuretés.
Étape 3 : Prétraitement du moule
Activités principales :
- Préchauffage du moule : utiliser un chauffage électrique ou au gaz pour porter la température du moule à 150-300 ℃ (pièces moulées en alliage d'aluminium) ou à 100-200 ℃ (pièces moulées en alliage de zinc). Cela évite que le moule à basse température n'entre en contact avec le métal en fusion à haute température, ce qui pourrait entraîner des défauts de soudure ou une coulée incomplète.
- Application de l'agent de démoulage : Appliquez uniformément une fine couche d'agent de démoulage résistant aux hautes températures (tel qu'un agent à base de graphite ou de silicate de sodium) sur les surfaces de la cavité, du canal d'injection et du mécanisme d'éjection. L'épaisseur doit être comprise entre 0,05 et 0,1 mm afin de garantir un démoulage en douceur de la pièce moulée et de protéger la cavité du moule.
Contrôle qualité :
La température du moule doit être homogène (différence de température ≤ 20 ℃). Il ne doit y avoir ni accumulation ni omission d'application de l'agent de démoulage afin de ne pas nuire à la qualité de surface de la pièce moulée ni à l'efficacité du démoulage.
Étape 4 : Fermeture et positionnement du moule
Fonctionnement de base :
- Fermez les moules supérieur et inférieur ou les moules à plusieurs segments à l'aide d'un dispositif de fermeture de moule (manuel, hydraulique ou à transmission mécanique) afin de garantir un positionnement précis du moule (le jeu entre la goupille de positionnement et le trou de positionnement doit être ≤ 0,03 mm) et d'éviter ainsi tout désalignement et toute bavure excessive sur la pièce moulée.
- Vérifiez la pression de fermeture du moule : réglez la pression en fonction de la taille du moule (généralement entre 0,5 et 2 MPa) afin de garantir une fermeture hermétique du moule et d'éviter tout débordement du métal en fusion.
Contrôle qualité :
Une fois le moule fermé, la cavité doit présenter une bonne étanchéité, sans jeu apparent, et l'écart de positionnement doit être inférieur ou égal à 0,05 mm.
Étape 5 : Coulée du métal
Activités principales :
- Méthode de coulée : coulée manuelle (petits lots, pièces moulées simples) ou coulée mécanique automatisée (grands lots, pièces moulées de haute précision, par exemple à l'aide de bras robotisés et de machines de coulée quantitative) ;
- Contrôle des paramètres de coulée : débit métallique uniforme (pour éviter les turbulences), vitesse de coulée comprise entre 0,5 et 2 L/s (ajustée en fonction de la taille de la pièce moulée), température de coulée supérieure de 30 à 50 ℃ au point de fusion de l'alliage (pour garantir la fluidité) ;
- Angle de coulée : Verser le métal en douceur le long du canal de coulée, en évitant tout impact direct sur la paroi de la cavité (afin d'empêcher la formation de poches d'air et l'usure de la cavité), en veillant à ce que le métal remplisse lentement l'ensemble de la cavité.
Contrôle qualité :
Pas d'éclaboussures ni d'interruption pendant la coulée ; le temps de remplissage de la cavité doit être compris entre 5 et 30 secondes (selon la complexité de la pièce moulée), afin d'éviter un remplissage trop rapide, susceptible d'entraîner des porosités, et un remplissage trop lent, susceptible d'entraîner des défauts de soudure à froid.
Étape 6 : Refroidissement et solidification
Activités principales :
- Refroidissement naturel (pièces moulées simples) ou refroidissement forcé (pièces moulées complexes et de haute précision) : de l'eau de refroidissement ou de l'air comprimé est injecté dans les canaux de refroidissement intégrés au moule afin de contrôler la vitesse de refroidissement.
- Temps de refroidissement : à ajuster en fonction de l'épaisseur de la pièce moulée et du type d'alliage (par exemple, 10 à 20 secondes pour les pièces moulées en alliage d'aluminium d'une épaisseur de 2 à 5 mm, 30 à 60 secondes pour celles d'une épaisseur de 10 à 20 mm) afin de garantir une solidification complète et une structure interne dense.
Contrôle qualité :
Il est interdit d'ouvrir le moule prématurément pendant le processus de refroidissement (afin d'éviter toute déformation ou fissuration de la pièce moulée). Le démoulage n'est autorisé qu'une fois que la pièce moulée s'est solidifiée et que la température est descendue en dessous de 200 °C (alliages d'aluminium) ou de 150 °C (alliages de zinc).
Étape 7 : Ouverture du moule et démoulage
Activités principales :
- Une fois le temps de refroidissement défini écoulé, la pièce moulée est éjectée de la cavité du moule à l'aide d'un mécanisme d'éjection (goupille d'éjection hydraulique, tige d'éjection mécanique). La vitesse d'éjection est constante (afin d'éviter tout dommage par choc sur la pièce moulée).
- La pièce moulée est retirée manuellement ou à l'aide d'un bras robotisé, tandis que les bavures sont simultanément éliminées du système d'alimentation, des masselottes et des points de raccordement avec la pièce moulée (nettoyage préliminaire).
Contrôle qualité :
Au cours du processus de démoulage, les chocs et les rayures sur la pièce moulée sont évités. Les marques d'éjection ont une profondeur ≤ 0,1 mm et n'affectent ni l'aspect ni les performances de la pièce moulée.
Étape 8 : Retrait des canaux d'alimentation et des masselottes, et élimination des bavures
Fonctionnement de base :
- Retirer les canaux de coulée, les masselottes et les bavures de la pièce moulée à l'aide de méthodes de découpe mécanique (par exemple, découpe à la meule abrasive, découpe au plasma), de poinçonnage ou de meulage ;
- Poncez les bords coupés après la découpe afin d'obtenir une surface lisse et exempte de bavures coupantes (hauteur des bavures ≤ 0,1 mm).
Contrôle qualité :
Veillez à ne pas endommager le corps moulé lors du démontage ; la rugosité de coupe doit être inférieure ou égale à 0,2 mm/m.
Étape 9 : Nettoyage et contrôle des pièces moulées
Activités principales :
- Nettoyage de surface : Éliminer la calamine, les résidus d'agent de démoulage et les impuretés de la surface de la pièce moulée par grenaillage (grenailles d'acier de 0,2 à 0,5 mm de diamètre), sablage ou nettoyage chimique.
- Inspection visuelle : Inspecter visuellement la surface de la pièce moulée afin de détecter d'éventuels défauts tels que la porosité, les fissures, les défauts de soudure, les inclusions et les cavités de retrait (diamètre de la porosité superficielle ≤ 0,5 mm, et pas plus de 2 par centimètre carré).
- Contrôle dimensionnel : utiliser des pieds à coulisse, des micromètres et des machines de mesure par coordonnées pour contrôler les dimensions critiques de la pièce moulée (les tolérances doivent respecter les exigences de conception, par exemple ±0,1 à 0,3 mm).
- Contrôle qualité interne (pièces moulées critiques) : recourir à la détection des défauts par rayons X, par ultrasons ou par ressuage pour détecter les défauts internes tels que les cavités de retrait et les fissures (surface de la cavité de retrait interne ≤ 0,5%).
Contrôle qualité :
Taux de défauts d'aspect ≤ 3%, taux de conformité dimensionnelle ≥ 98% ; les défauts internes des pièces moulées critiques doivent être conformes aux normes ASTM E446 ou GB/T 6402.
Étape 10 : Traitement ultérieur (si nécessaire)
Activités principales :
- Usinage : les pièces moulées font l'objet d'opérations de tournage, de fraisage, de perçage et de rectification au niveau des éléments clés (tels que les trous de fixation et les surfaces d'accouplement) afin d'améliorer la précision dimensionnelle et l'état de surface (par exemple, rugosité Ra de la surface d'accouplement comprise entre 1,6 et 3,2 μm) ;
- Traitement thermique : les pièces moulées en alliage d'aluminium sont soumises à un traitement de vieillissement (150-200 ℃, maintien pendant 2 à 4 heures) afin d'améliorer leur résistance et leur dureté ; les pièces moulées en alliage de cuivre sont soumises à un traitement de recuit afin d'éliminer les contraintes internes ;
- Traitement de surface : la peinture, l'anodisation (alliage d'aluminium), la galvanoplastie (alliage de zinc/alliage de cuivre) et la passivation sont réalisées conformément aux exigences de l'application afin d'améliorer la résistance à la corrosion et l'aspect esthétique.
Contrôle qualité :
Après usinage, les tolérances dimensionnelles sont ≤ ± 0,05 mm (pièces clés) ; après traitement thermique, la dureté répond aux exigences de conception (par exemple, alliage d'aluminium HB 80-100) ; l'adhérence de la couche de traitement de surface est conforme aux normes (aucun décollement lors de l'essai d'adhérence par coupe transversale).
Étape 11 : Conditionnement et stockage des produits finis
Activités principales :
- Classer et étiqueter les pièces moulées conformes (en indiquant le modèle, le lot et la date de fabrication) ;
- Utilisez un emballage étanche et résistant aux chocs (comme du papier bulle, de la mousse perlée et une boîte en carton) afin d'éviter tout dommage pendant le transport ;
- Procéder à un dernier contrôle aléatoire avant la mise en stock (taux d'échantillonnage ≥ 5%), puis enregistrer les pièces moulées dans l'entrepôt après s'être assuré qu'elles ne présentent aucun problème de qualité.
Solution de coulée Suijin
Le moulage par gravité est un procédé de formage des métaux caractérisé par une grande précision, un rendement élevé et une production à grand volume. Ses principaux atouts résident dans la stabilité de la qualité des pièces moulées, son rendement de production élevé et son excellent taux d'utilisation des matériaux, ce qui le rend particulièrement adapté à la fabrication de pièces moulées à partir d'alliages présentant une bonne fluidité, tels que les alliages d'aluminium et de zinc. Bien que l'investissement initial dans les moules soit relativement élevé, ce procédé permet de réduire considérablement le coût unitaire dans le cadre d'une production en série, ce qui en fait un procédé de moulage couramment utilisé dans des secteurs tels que l'automobile, la construction mécanique et l'électroménager.