Le moulage de véhicules électriques fait appel à des méthodes de pointe telles que le giga-coulage pour fabriquer des pièces automobiles complexes et légères. Les véhicules électriques dominent le marché mondial de l'automobile. Selon Market Watch, les ventes de voitures ev sont passées de 1 million à 1,6 million en 2023. Les technologies telles que le moulage de véhicules électriques à l'aide de la technique du giga-coulage offrent une alternative durable aux voitures à essence.

Principaux enseignements :

1.       Processus de coulée EV

2.       Processus de moulage des véhicules électriques

3.       Matériaux de moulage EV

4.       Nouveaux alliages et composites pour le moulage sous pression EV

Processus de moulage EV

Le moulage de véhicules électriques est un processus complet impliquant des étapes critiques pour produire des pièces efficaces et de haute qualité. Il offre des avantages et des limites distincts pour la mise en forme de différents composants. Examinons les principaux processus impliqués dans le moulage des véhicules électriques, notamment la conception, la préparation des matériaux, les différentes méthodes de moulage et les procédures de post-coulée.

1.     Conception et création de moules

Les moulages de véhicules électriques comprennent l'étape fondamentale de la conception et de la création de moules. Au cours de ce processus, les logiciels de conception assistée par ordinateur sont adaptés pour créer des modèles précis et complexes des composants requis pour les véhicules électriques. Ces modèles sont capables de résister aux pressions et températures élevées impliquées dans le moulage. Ils sont utilisés pour créer des moules en acier ou dans d'autres matériaux durables, après leur création.

2.     Préparation du matériel

L'étape de préparation des matériaux est essentielle pour obtenir des résultats de haute qualité en fonderie. Cette étape implique la sélection et la préparation des alliages métalliques, comme l'aluminium. L'aluminium est l'alliage le plus couramment utilisé dans le moulage des véhicules électriques en raison de ses propriétés de légèreté et de résistance. Les fabricants fondent les alliages dans des fours à une température spécifique et les préparent pour le processus de moulage.

3.     Méthodes de moulage

Les composants EV peuvent être produits en adaptant plusieurs méthodes de moulage, chacune ayant ses avantages et ses applications spécifiques.

                                I.            Moulage sous pression

                              II.            Coulée par gravité

                            III.            Autres techniques de moulage

       I.            Moulage sous pression

Aperçu du processus

Dans l'approche du moulage sous pression, le métal en fusion est injecté dans une cavité de moule sous une pression extrême. Cette méthode permet de produire des composants avec une excellente finition de surface et une grande précision dimensionnelle. 

Avantages pour les véhicules électriques

Ce procédé est avantageux pour les véhicules électriques, car il permet de produire des pièces complexes et de grande taille en une seule pièce. Il permet de réduire le nombre de joints et de soudures nécessaires. Il améliore l'intégrité structurelle des composants et réduit leur poids. L'efficacité et l'autonomie du véhicule s'en trouvent améliorées.

Applications dans les véhicules électriques

Le fabricant de véhicules électriques privilégie le procédé de moulage sous pression (HPDC). Cette méthode lui permet de créer des pièces moulées de grande taille et d'un seul tenant. Elle est spécifiquement utilisée pour fabriquer diverses pièces de véhicules électriques, telles que des boîtiers de batterie, des boîtiers de moteur et des pièces structurelles.

     II.            Coulée par gravité

Aperçu du processus

Les fabricants utilisent la technique du moulage par gravité pour verser le métal en fusion dans un moule qui se met en place par gravité. Il s'agit d'une méthode plus simple que le moulage sous pression. Cette technique nécessite un contrôle précis du processus de coulée afin d'améliorer la qualité des pièces moulées.

Avantages pour les véhicules électriques

Il est avantageux de créer des pièces de grande taille, à parois épaisses, qui nécessitent une intégrité structurelle supérieure. Elle permet de produire des pièces plus petites ou des composants spécialisés de manière rentable.

Applications dans les véhicules électriques

Cette procédure est utilisée pour fabriquer des blocs moteurs, des pièces de suspension et d'autres éléments structurels nécessitant une résistance et une durabilité élevées.

  III.            Autres techniques de moulage

Moulage au sable

Un moule est créé à partir d'un mélange de sable afin de couler le métal en fusion dans la cavité de la pièce. moulage en sable de l'aluminium méthode. Elle convient à la production de composants complexes, de grande taille et aux détails complexes.

Moulage à la cire perdue

Il s'agit d'une stratégie de moulage efficace qui peut être employée pour produire des pièces aux dimensions parfaites avec de meilleures finitions de surface, également appelée moulage à la cire perdue. Cette technique comprend la création d'un moule en cire de la pièce, recouvert d'une coquille en céramique, puis la fonte de la cire pour obtenir un moule.

4.     Refroidissement et solidification

Cette étape comprend le refroidissement et la solidification du métal après qu'il a été injecté dans le moule alors qu'il était encore en fusion. La vitesse de refroidissement peut avoir un impact direct sur la microstructure et les propriétés mécaniques des composants finaux. C'est pourquoi la technique du refroidissement contrôlé permet d'obtenir la résistance et la durabilité souhaitées.

5.     Déménagement et nettoyage

Après le processus de refroidissement et de solidification, la pièce moulée est démoulée en brisant le moule fait avec un mélange de sable ou en ouvrant le moule dans le cas du HPDC. Il s'agit ensuite de l'étape de nettoyage, au cours de laquelle les matériaux résiduels du moule, les bavures ou les couches d'oxyde sont éliminés.

6.     Finition et inspection

L'usinage supplémentaire, le polissage et l'application de tout revêtement nécessaire sont effectués au cours du processus de finition et d'inspection. Cette phase aide le fabricant à créer des composants avec des finitions de surface et des dimensions précises. L'étape de l'inspection permet de s'assurer que le produit est conforme aux normes de qualité requises.

Avantages des pièces moulées EV

Les techniques de moulage sous pression offrent plusieurs avantages pour façonner l'avenir des véhicules électriques, notamment en ce qui concerne le poids, la conception et le coût. Découvrons ces avantages :

Réduction du poids et amélioration de l'autonomie

Son principal avantage pour les véhicules électriques est la réduction du poids. Le choix de matériaux légers, tels que l'aluminium dans le moulage sous haute pression, permet de réduire le poids total des véhicules. Les véhicules légers sont plus efficaces et ont une meilleure autonomie.

Flexibilité de conception et géométries complexes

Le moulage de véhicules électriques peut produire des géométries exceptionnellement complexes et offrir une grande souplesse de conception, éliminant ainsi le besoin de recourir à des méthodes de fabrication traditionnelles. Il permet d'optimiser les performances des pièces, notamment grâce à des caractéristiques telles que des canaux de refroidissement complexes et des structures de support intégrées.

Rentabilité et évolutivité

Les procédés de moulage par HPDC et par gravité sont à la fois rentables et évolutifs. Toutefois, les coûts initiaux de création de moules et d'équipement peuvent être élevés. Le coût unitaire diminue considérablement avec l'augmentation des volumes de production. Cette évolutivité contribue à rendre les véhicules électriques plus abordables et accessibles à un marché plus large.

Amélioration de l'intégrité structurelle et de la durabilité

Les pièces moulées pour véhicules électriques améliorent l'intégrité structurelle et la durabilité des véhicules à des fins de sécurité et de longévité. Cette méthode empêche les composants de former des contraintes internes, ce qui leur confère d'excellentes propriétés mécaniques. Cela peut s'avérer nécessaire pour les pièces exposées à des charges et à des contraintes élevées, comme les suspensions et les boîtiers de batterie.

Avantages de la gestion thermique

La gestion thermique est un autre avantage efficace des pièces moulées EV. Les composants fabriqués par des procédés de moulage peuvent inclure des solutions de refroidissement intégrées. Le moulage permet de gérer la chaleur plus efficacement et d'améliorer les performances globales et la sécurité du véhicule.

Matériaux utilisés dans les moulages EV

La sélection appropriée du matériau de moulage fait une grande différence dans les résultats obtenus. En choisissant les bons matériaux, le fabricant peut créer des véhicules légers aux performances améliorées. Découvrons les options disponibles qui peuvent être employées pour le moulage des véhicules électriques.

Alliages d'aluminium

Les alliages d'aluminium présentent d'excellentes caractéristiques telles que l'usinabilité, la faible densité, la durabilité, la résistance à la rouille et une bonne formabilité. Ce matériau est très léger et possède une résistance adéquate pour divers composants de véhicules électriques, tout en offrant une bonne aptitude à la déformation. Sa résistance supérieure à la corrosion assure la longévité des pièces des véhicules électriques exposées aux conditions environnementales.

Alliages d'aluminium spécifiques

Des alliages d'aluminium spécifiques tels que A356, A6061 et 7050 possèdent une grande solidité, une bonne coulabilité et une bonne résistance à la corrosion, ce qui en fait le choix privilégié pour le moulage. Ces alliages sont utilisés pour répondre aux exigences de résistance et de durabilité de pièces telles que les carters de moteurs, les applications soumises à de fortes contraintes et les boîtiers de batteries.

Alliages de magnésium

Les alliages de magnésium tels que l'AZ81D offrent des propriétés de légèreté et de facilité de coulée. Ces matériaux conviennent aux composants nécessitant une réduction de poids, tels que les châssis de batteries et les pièces structurelles. Les progrès des technologies de revêtement ont permis d'améliorer leur viabilité, en dépit de leur moindre résistance à la corrosion.

Alliages de zinc

Le zinc peut être utilisé pour la fabrication de petites pièces complexes nécessitant une excellente stabilité dimensionnelle. Ces alliages peuvent être combinés avec l'aluminium et le magnésium, ce qui permet au fabricant d'optimiser les performances de chaque composant. Assurer l'équilibre entre le poids, la résistance et la durabilité des véhicules électriques.

Coulée multi-matériaux

Le moulage multi-matériaux implique des combinaisons de différents alliages dans un seul composant. Cette technique permet d'améliorer les performances telles que la gestion thermique et l'intégrité structurelle et de réduire le poids. Elle est utile pour créer des pièces complexes dont les propriétés doivent varier sur plusieurs sections.

Applications des pièces moulées EV

●        Boîtiers de moteur

●        Bacs à piles

●        Cas de transmission

●        Dissipateurs de chaleur

●        Onduleurs

Boîtiers de moteur

Les pièces du carter de moteur protègent les moteurs électriques des dommages extérieurs tout en assurant une gestion thermique appropriée. L'aluminium et le magnésium sont notamment utilisés pour créer ce composant en raison de leur légèreté, de leur résistance et de leurs excellentes propriétés de dissipation de la chaleur.

Bacs à piles

Les plateaux de batterie sécurisent et maintiennent les cellules de batterie des véhicules électriques et peuvent être fabriqués avec des matériaux légers comme l'aluminium. Ces alliages réduisent le poids total du véhicule et améliorent l'autonomie. En outre, ces plateaux sont conçus pour être résistants et anticorrosion, ce qui garantit la longévité des pièces.

Cas de transmission

Les boîtiers de transmission des véhicules électriques sont les composants responsables du transfert de la puissance du moteur aux roues. Les matériaux en aluminium sont un choix approprié pour créer cette application. Il est en effet très résistant et capable de supporter les contraintes mécaniques de la transmission de puissance.

Dissipateurs de chaleur

les composants électroniques des véhicules électriques génèrent une chaleur excessive qui peut être gérée par l'utilisation de dissipateurs thermiques. L'aluminium peut répondre aux besoins de ces applications en termes de conductivité thermique supérieure. Il permet de maintenir une température de fonctionnement optimale et de réduire les risques de surchauffe.

Onduleurs

Les fabricants utilisent des onduleurs pour convertir le courant continu du véhicule en courant alternatif. Ils produisent ces pièces avec de l'aluminium afin de les rendre efficaces pour la dissipation de la chaleur et de protéger les composants électroniques sensibles.

Défis et limites des moulages EV

Pour relever ces nombreux défis, l'intégration des VE nécessite des innovations constantes dans les domaines de la science des matériaux, de la technologie de moulage et de l'assemblage. Découvrez quelques-uns des défis redoutables et des limites des VE.

●        Propriétés des matériaux

●        Porosité et défauts de coulée

●        Assemblage et montage

Propriétés des matériaux

Les propriétés des matériaux jouent un rôle essentiel dans les résultats obtenus. Elles présentent des caractéristiques inhérentes et n'offrent pas toujours la résistance et la durabilité requises pour certaines applications. La sélection d'un matériau pour le moulage EV doit équilibrer la réduction du poids et la performance mécanique, ce qui peut être un compromis compliqué.

Porosité et défauts de coulée

La porosité et les nombreux défauts de coulée sont des problèmes cruciaux dans la fabrication des pièces moulées sous pression. La porosité ou la présence de minuscules poches d'air peut survenir au cours du processus de coulée du métal.

Ce défaut peut affaiblir l'intégrité structurelle des composants et résulter de divers facteurs. Il peut s'agir d'une mauvaise gestion de la technique de coulée, d'une conception inadéquate du moule ou d'une contamination. Ce défi exige un contrôle rigoureux des processus et des méthodes avancées d'inspection de la qualité.

Assemblage et montage

L'assemblage et le montage constituent un autre défi majeur pour les composants moulés des véhicules électriques. Les méthodes traditionnelles de soudage et de fixation sont privilégiées pour les matériaux légers tels que l'aluminium et le magnésium.

Les différences de dilatation thermique et les besoins d'alignement précis peuvent entraîner des complications dans le processus d'assemblage. Pour éliminer ces difficultés, il faut recourir au soudage par friction-malaxage ou au collage. Cela permet de garantir la solidité et la fiabilité des pièces moulées.  

L'avenir de l'EV Casting

L'intégration de technologies de pointe et d'alliages appropriés sera le moteur de l'évolution des pièces moulées pour véhicules électriques. Toutefois, l'avenir recèle un immense potentiel de progrès et de percées supplémentaires :

●        Fabrication additive pour les moules de coulée

●        Simulation et modélisation

●        Nouveaux alliages et composites

Fabrication additive pour les moules de coulée

L'industrie des composants de véhicules électriques est en train de se révolutionner grâce à la fabrication additive ou à l'impression 3D. Cette technologie réduit les délais et les coûts, en offrant un prototypage rapide et une personnalisation des conceptions complexes.

 En outre, cette fabrication améliore l'efficacité globale et la qualité des pièces en permettant des géométries de moules plus complexes et plus précises.

Nouveaux alliages et composites pour le moulage sous pression EV

Alliages d'aluminium

-         A380

-         6061

Propriétés des alliages d'aluminium pour les moulages sous pression EV

-         Densité : Environ 2,7 g/cm³

-         Point de fusion : 660°C (1220°F)

-         Module d'Young : 69 GPa (10 000 ksi)

-         Résistance à la traction : 90-690 MPa (13-100 ksi)

-         Limite d'élasticité : 50-600 MPa (7-87 ksi)

-         Allongement à la rupture : 1-40%

-         Conductivité thermique : 150-200 W/m-K

Alliages de magnésium

-         AZ91D

-         AM60

Propriétés des alliages de magnésium pour les moulages sous pression EV

-         Densité : Environ 1,74 g/cm³

-         Point de fusion : 650°C (1202°F)

-         Module d'Young : 45 GPa (6 500 ksi)

-         Résistance à la traction : 150-340 MPa (22-49 ksi)

-         Limite d'élasticité : 65-230 MPa (9-33 ksi)

-         Allongement à la rupture : 2-10%

-         Conductivité thermique : 60-90 W/m-K

Alliages de zinc

-         Zamak 3

-         Zamak 5

Propriétés des alliages de zinc pour les moulages sous pression EV

-         Densité : Environ 6,6-6,7 g/cm³

-         Point de fusion : 420°C (788°F)

-         Module d'Young : 83 GPa (12 000 ksi)

-         Résistance à la traction : 250-400 MPa (36-58 ksi)

-         Limite d'élasticité : 150-300 MPa (22-43 ksi)

-         Allongement à la rupture : 1-10%

-         Conductivité thermique : 110-120 W/m-K

Conclusion :

Les fabricants de véhicules électriques sont constamment à la recherche de nouvelles façons d'incorporer des pièces moulées en acier inoxydable.  Aludiecasting propose une gamme variée de techniques de moulage EV. Nous utilisons des alliages d'aluminium légers pour fabriquer des pièces sur mesure telles que des boîtiers de moteur et des plateaux de batterie.