Qu'est-ce que le moulage sous pression ?

Le moulage sous pression est un procédé de fabrication Procédé permettant de produire des pièces métalliques de dimensions précises, aux contours bien définis, à la surface lisse ou texturée. Il s'agit de forcer le métal en fusion sous haute pression dans des matrices métalliques réutilisables. Le processus est souvent décrit comme la distance la plus courte entre la matière première et le produit fini. Le terme "moulage sous pression" est également utilisé pour décrire la pièce finie.
Le terme "moulage sous pression par gravité" fait référence aux pièces moulées fabriquées en moules métalliques sous une tête de gravité. Il est connu sous le nom de moulage en moule permanent aux États-Unis et au Canada. Ce que l'on appelle le "moulage sous pression"ici est connu sous le nom de "moulage sous pression"en Europe.

Comment les pièces moulées sous pression sont-elles produites ?

Moulage sous pression

Tout d'abord, un moule en acier capable de produire des dizaines de milliers de pièces en succession rapide doit être fabriqué en au moins deux sections pour permettre le retrait des pièces. Ces sections sont montées solidement dans une machine et sont disposées de manière à ce que l'une soit stationnaire (moitié de moule fixe) et l'autre mobile (moitié de moule d'injection). Pour commencer le cycle de coulée, les deux moitiés de filière sont serrées fermement l'une contre l'autre par la machine de coulée sous pression. Le métal en fusion est injecté dans la cavité de la filière où il se solidifie rapidement. Les deux moitiés de la matrice sont séparées et la pièce moulée est éjectée. Les filières de moulage sous pression peuvent être simples ou complexes, avec des glissières mobiles, des noyaux ou d'autres sections en fonction de la complexité du moulage.
Le cycle complet du processus de moulage sous pression est de loin le plus rapide connu pour produire des pièces précises en métal non ferreux. Cela contraste fortement avec les procédés de moulage en sable qui nécessite un nouveau moule en sable pour chaque coulée. Bien que le processus de moulage permanent utilise des moules en fer ou en acier au lieu du sable, il est considérablement plus lent et n'est pas aussi précis que le processus de moulage en sable. moulage sous pression.

Types de machines pour le moulage sous pression

Quel que soit le type de machine utilisé, il est essentiel que les demi-matrices, les noyaux et/ou les autres sections mobiles soient solidement bloqués en place pendant le cycle de coulée. En général, la force de serrage de la machine est régie par (a) la surface projetée de la pièce moulée (mesurée au niveau du plan de joint de la matrice) et (b) la pression utilisée pour injecter le métal dans la matrice. La plupart des machines utilisent des mécanismes à genouillère actionnés par des cylindres hydrauliques (parfois par pression d'air) pour réaliser le verrouillage. D'autres utilisent une pression hydraulique à action directe. Des systèmes de verrouillage de sécurité sont utilisés pour empêcher l'ouverture de la filière pendant les cycles de coulée.
Les machines de moulage sous pression, grandes ou petites, ne diffèrent fondamentalement que par la méthode utilisée pour injecter le métal en fusion dans la matrice. Elles sont classées et décrites comme des machines de coulée sous pression à chambre chaude ou à chambre froide.

Machines de moulage sous pression à chambre chaude

Les machines à chambre chaude (Fig.1) sont principalement utilisées pour le zinc et les alliages à bas point de fusion qui n'attaquent pas facilement et n'érodent pas les pots, cylindres et pistons en métal. La technologie avancée et le développement de nouveaux matériaux à température plus élevée ont permis d'étendre l'utilisation de cet équipement à la production d'aluminium. moulage sous pression d'alliages de magnésium.
Figure 1 : Machine à chambre chaude. Le diagramme illustre le mécanisme du plongeur qui est immergé dans le métal en fusion. Les machines modernes sont à commande hydraulique et équipées de commandes de cycles automatiques et de dispositifs de sécurité.
Dans la machine à chambre chaude, le mécanisme d'injection est immergé dans du métal en fusion dans un four fixé à la machine. Lorsque le piston est relevé, un orifice s'ouvre, permettant au métal en fusion de remplir le cylindre. Lorsque le piston descend en obturant l'orifice, il pousse le métal en fusion à travers le col de cygne et la buse dans la matrice. Une fois le métal solidifié, le piston est retiré, la matrice s'ouvre et la pièce coulée est éjectée.
Les machines à chambre chaude fonctionnent rapidement. Les temps de cycle varient de moins d'une seconde pour de petites pièces pesant moins d'une once à trente secondes pour une pièce de plusieurs livres. Les moules sont remplis rapidement (normalement entre cinq et quarante millisecondes) et le métal est injecté à des pressions élevées (de 1 500 à plus de 4 500 psi). Néanmoins, la technologie moderne permet de contrôler étroitement ces valeurs, ce qui permet de produire des pièces moulées aux détails fins, aux tolérances étroites et à la résistance élevée.

Machines de moulage sous pression à chambre froide

Les machines à chambre froide (Fig. 2) diffèrent des machines à chambre chaude principalement sur un point : le piston d'injection et le cylindre ne sont pas immergés dans le métal en fusion. Le métal en fusion est versé dans une "chambre froide" par un orifice ou une fente de coulée à l'aide d'une poche de coulée manuelle ou automatique. Un piston à commande hydraulique, avançant vers l'avant, scelle l'orifice et force le métal à entrer dans la matrice verrouillée à des pressions élevées. Les pressions d'injection vont de 3 000 à plus de 10 000 psi pour les alliages d'aluminium et de magnésium, et de 6 000 à plus de 15 000 psi pour les alliages à base de cuivre.

Figure 2 : Machine à chambre froide. Le diagramme illustre la filière, la chambre froide et le piston horizontal (en position de chargement).
Le moulage sous pression permet d'obtenir des formes complexes avec des tolérances plus étroites que beaucoup d'autres procédés de production de masse. Dans une machine à chambre froide, la quantité de métal en fusion versée dans la chambre est supérieure à celle nécessaire pour remplir la cavité de la matrice. Cela permet de maintenir une pression suffisante pour remplir solidement la cavité avec l'alliage de coulée. Le métal excédentaire est éjecté en même temps que la coulée et fait partie de la grenaille complète.
Le fonctionnement d'une machine à "chambre froide" est un peu plus lent que celui d'une machine à "chambre chaude" en raison de l'opération d'extraction à la louche. Une machine à chambre froide est utilisée pour les produits à point de fusion élevé. alliages pour le moulage sous pression parce que les assemblages de plongeurs et de cylindres sont moins susceptibles d'être attaqués puisqu'ils ne sont pas immergés dans du métal en fusion.

Moulage sous pression et leur construction

Les filières de moulage sous pression (Fig. 3) sont fabriquées en acier à outils allié et se composent d'au moins deux sections appelées moitié de filière fixe et moitié de filière d'éjection. La moitié fixe de la filière est montée du côté du système d'injection du métal en fusion. La moitié de la matrice d'éjection, à laquelle la pièce moulée adhère et d'où elle est éjectée lorsque la matrice est ouverte, est montée sur le plateau mobile de la machine.

La moitié fixe de la matrice est conçue pour contenir le trou de coulée par lequel le métal en fusion entre dans la matrice. La moitié éjecteur contient généralement les glissières (passages) et les portes (entrées) qui acheminent le métal en fusion vers la (ou les) cavité(s) de la matrice. Le demi éjecteur est également relié à une boîte d'éjection qui abrite le mécanisme d'éjection de la pièce moulée hors de la matrice. L'éjection se produit lorsque les goupilles reliées à la plaque d'éjection se déplacent vers l'avant pour forcer la pièce de fonte à sortir de la cavité. Cela se produit généralement lors de la course d'ouverture de la machine. Les goupilles d'éjection doivent être placées avec soin afin que la force exercée sur la pièce moulée pendant l'éjection n'entraîne pas de déformation. Les goupilles de retour fixées à la plaque d'éjection ramènent cette plaque à sa position de coulée lorsque la matrice se referme.
Des noyaux fixes et mobiles sont souvent utilisés dans les matrices. S'il est fixe, l'axe du noyau doit être parallèle à la direction de l'outil. moule de coulée sous pression ouverture. S'ils sont mobiles, ils sont souvent fixés à des glissières de noyaux. Si le côté d'une pièce moulée sous pression nécessite une dépression, la matrice peut être fabriquée avec une ou plusieurs glissières pour obtenir le résultat souhaité sans affecter l'éjection de la pièce moulée hors de la cavité de la matrice. Toutes les glissières et tous les noyaux mobiles doivent être soigneusement ajustés et pouvoir être solidement verrouillés en position pendant le cycle de coulée. Dans le cas contraire, le métal en fusion pourrait être forcé dans leurs glissières, ce qui perturberait les opérations. Bien que les glissières et les noyaux ajoutent à la complexité et au coût de la construction de la filière, ils permettent de produire des pièces moulées sous pression dans une grande variété de configurations, et généralement de manière plus économique que tout autre procédé de travail des métaux.

Type de moules de coulée sous pression

Les matrices sont classées comme suit : matrices à cavité unique, matrices à cavités multiples, matrices combinées et matrices unitaires (figures 4-A à 4-D).

Une matrice à cavité unique ne nécessite aucune explication. Les filières à cavités multiples ont plusieurs cavités qui sont toutes identiques. Si une matrice possède des cavités de formes différentes, on parle de matrice combinée ou de matrice familiale. Une combinaison de matrices est utilisée pour produire plusieurs pièces pour un assemblage. Pour les pièces simples, des matrices unitaires peuvent être utilisées pour réaliser des économies d'outillage et de production. Plusieurs pièces destinées à un assemblage ou à différents clients peuvent être coulées en même temps à l'aide de matrices unitaires. Une ou plusieurs matrices unitaires sont assemblées dans un support commun et reliées par des glissières à une ouverture commune ou à un trou de coulée. Cela permet de remplir simultanément toutes les cavités.

Avantages du moulage sous pression

Les pièces moulées sous pression, les garnitures décoratives et/ou les produits finis offrent de nombreuses caractéristiques, avantages et bénéfices à ceux qui utilisent ce procédé de fabrication.

1. Les pièces moulées sous pression sont produites à des cadences élevées. Peu ou pas d'usinage est nécessaire.
2. Les pièces moulées sous pression peuvent être produites avec des parois plus fines que celles obtenues par d'autres méthodes de moulage ... et beaucoup plus résistantes que les pièces moulées par injection plastique de mêmes dimensions.
3. Le moulage sous pression permet d'obtenir des pièces durables, stables sur le plan dimensionnel, et qui ont l'apparence et la sensation de la qualité.
4. Matrices de coulée sous pression peut produire des milliers de pièces moulées identiques dans les tolérances spécifiées avant qu'un outillage supplémentaire ne soit nécessaire.
5. Zinc moulé sous pression peuvent être facilement plaqués ou finis avec un minimum de préparation de la surface.
6. Les pièces moulées sous pression peuvent être produites avec des surfaces simulant une grande variété de textures.
7. Les surfaces moulées sous pression sont plus lisses que la plupart des autres formes de moulage.
8. Les trous dans les pièces moulées sous pression peuvent être carottés et adaptés à la taille des forets de taraudage.
9. Les filetages extérieurs des pièces peuvent être facilement moulés sous pression.
10. Les pièces moulées sous pression intègrent des éléments de fixation, tels que des bossages et des goujons, ce qui permet de réaliser des économies d'assemblage.
11. Les inserts d'autres métaux et de certains non-métaux peuvent être moulés sous pression.
12. La résistance à la corrosion des alliages de moulage sous pression varie de bonne à élevée.
13. Les pièces moulées sous pression sont monolithiques. Elles combinent plusieurs fonctions en une seule pièce de forme complexe. Comme les pièces moulées sous pression ne sont pas constituées de pièces séparées, soudées ou fixées ensemble, la résistance est celle du matériau, et non celle des filetages ou des soudures, etc.
14. Processus de moulage sous pression peut produire moulage sous pression de l'aluminiummoulage sous pression en magnésium, moulage sous pression en zinc, moulage sous pression en laiton Tous ces éléments peuvent être facilement produits en masse.

Le moulage sous pression est un procédé efficace et économique qui, lorsqu'il est utilisé au maximum de son potentiel, remplace les assemblages d'une variété de pièces produites par divers procédés de fabrication, tout en permettant des économies significatives en termes de coûts et de main-d'œuvre.

Comparaison avec d'autres produits

Moulage par injection de matières plastiques Pièces

Par rapport à moulage par injection de plastique PiècesLes pièces moulées sous pression sont plus solides, plus rigides, plus stables, plus résistantes à la chaleur et bien supérieures aux plastiques en termes de propriétés et de coût. Elles contribuent à prévenir les émissions de radiofréquences et les émissions électromagnétiques. Pour le chromage, les pièces moulées sous pression sont nettement supérieures aux matières plastiques. Les pièces moulées sous pression ont un degré élevé de permanence sous charge par rapport aux plastiques, elles sont totalement résistantes aux rayons ultraviolets, aux intempéries et à la fissuration sous contrainte en présence de divers réactifs. Les cycles de fabrication des pièces moulées sous pression sont beaucoup plus rapides que ceux des pièces moulées par injection de plastique. Cependant, les plastiques peuvent être moins chers sur la base d'un volume unitaire, ont des propriétés inhérentes à la couleur qui tendent à éliminer la finition, sont sensibles à la température et sont de bons isolants électriques.

Moulages en sable

Par rapport aux moulages en sable, pièces moulées sous pression nécessitent beaucoup moins d'usinage, peuvent être fabriquées avec des parois plus minces, peuvent avoir tous ou presque tous les trous percés à la dimension voulue, peuvent être maintenues dans des limites dimensionnelles beaucoup plus étroites, sont produites plus rapidement dans des matrices qui produisent des milliers de pièces moulées sous pression sans remplacement, ne nécessitent pas de nouveaux noyaux pour chaque moulage, sont facilement pourvues d'inserts moulés en place, ont des surfaces plus lisses et impliquent un coût de main-d'œuvre beaucoup moins élevé par pièce moulée. Les moulages en sable, quant à eux, peuvent être réalisés à partir de métaux ferreux et de nombreux alliages non ferreux qui ne conviennent pas au moulage sous pression. Les formes non réalisables par moulage sous pression sont disponibles en moulage au sable ; la taille maximale peut être plus grande ; le coût de l'outillage est souvent moins élevé et les petites quantités peuvent être produites de manière plus économique. moulage en sable de l'aluminium

Moulages permanents

Par rapport à moulage en moule permanentLes pièces moulées sous pression peuvent être fabriquées dans des limites dimensionnelles plus étroites et avec des sections plus fines ; les trous peuvent être percés ; elles sont produites à des taux plus élevés avec moins de travail manuel ; elles ont des surfaces plus lisses et coûtent généralement moins cher par pièce moulée sous pression. Le moulage en moule permanent implique des coûts d'outillage légèrement inférieurs ; il peut être réalisé avec des noyaux de sable, ce qui permet d'obtenir des formes qui ne sont pas disponibles en moulage sous pression.

Forgeage

Par rapport aux pièces forgées, pièces moulées sous pression Les pièces forgées peuvent avoir des formes plus complexes et des formes qui ne peuvent pas être forgées ; elles peuvent avoir des sections plus minces ; elles peuvent être maintenues à des dimensions plus étroites et avoir un carottage qui n'est pas réalisable dans les pièces forgées. Les pièces forgées sont toutefois plus denses et plus résistantes que les pièces moulées sous pression ; elles ont les propriétés des alliages corroyés ; elles peuvent être produites dans des métaux ferreux et autres et dans des dimensions qui ne conviennent pas aux pièces moulées sous pression.

Estampillage

Par rapport à l'emboutissage, une pièce moulée sous pression peut souvent remplacer plusieurs pièces. Les pièces moulées sous pression nécessitent souvent moins d'opérations d'assemblage, peuvent être maintenues dans des limites dimensionnelles plus étroites, peuvent présenter presque toutes les variations souhaitées dans l'épaisseur de la section, impliquent moins de déchets, peuvent être produites dans des formes plus complexes et peuvent être fabriquées dans des formes qui ne peuvent pas être produites dans des formes estampées. L'estampage, quant à lui, possède les propriétés des métaux corroyés ; il peut être réalisé en acier et dans des alliages qui ne conviennent pas au moulage sous pression ; dans ses formes les plus simples, il est produit plus rapidement ; et il peut peser moins que les pièces moulées sous pression.

Produits pour machines à vis

Par rapport aux produits des machines à vis, pièces moulées sous pression sont souvent produites plus rapidement, impliquent beaucoup moins de déchets, peuvent être fabriquées dans des formes difficiles ou impossibles à produire à partir de la barre ou du tube, et peuvent nécessiter moins d'opérations. D'autre part, les produits de décolletage peuvent être fabriqués à partir d'acier et d'alliages qui ne peuvent pas être moulés sous pression ; ils ont les propriétés des métaux corroyés et nécessitent moins de frais d'outillage.