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Défauts de fabrication habituels dans le moulage sous pression

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Moulage sous pression

Défauts de fabrication habituels dans le moulage sous pression

Moulage sous pression (HPDC) est un processus de fabrication qui permet de produire des pièces complexes avec une bonne précision et un bon état de surface. Néanmoins, le processus est susceptible de présenter divers défauts, qui peuvent nuire à la qualité, à la durabilité et à la fonctionnalité du produit final. Cela signifie que les défauts doivent être identifiés, analysés et atténués pour atteindre l'efficacité. En outre, cela permettra également de minimiser les déchets et de préserver l'intégrité du produit.

Cet article couvre donc les aspects les plus courants. moulage sous pression (HPDC). Nous discuterons également de leurs causes et des solutions pour minimiser ou éliminer ces défauts.

Qu'est-ce que le moulage sous pression ?

L'aluminium, le magnésium ou l'alliage de zinc en fusion est injecté sous haute pression dans un moule en acier (matrice). Le moule pour ce moulage sous pression est appelé moule de coulée sous pression ou Moulage sous pression à haute pressiond. Ce procédé permet de produire en masse des composants complexes, avec une excellente précision dimensionnelle et un bon état de surface. Toutefois, des défauts peuvent survenir en raison des conditions de haute pression et de grande vitesse, à la suite d'un mauvais réglage de la machine, des propriétés du matériau ou d'un défaut de conception de la matrice.

Paramètres clés du processus affectant la formation des défauts

Voici quelques-uns des paramètres clés qui provoquent des défauts lors du processus de moulage sous haute pression ;

Processus de travail du moulage sous pression

Lors des processus de moulage sous pression, le métal en fusion est injecté sous haute pression dans des moules en acier pour la fabrication de pièces métalliques. Cette méthode permet de créer rapidement des objets complexes dotés d'une grande précision et de puissantes capacités mécaniques, ainsi que de belles surfaces.

20 types de défauts courants de moulage sous pression.

La cause première des défauts de moulage sous haute pression peut être de mauvais paramètres de processus, une mauvaise qualité des matériaux ou une conception sous-optimale de la matrice. Vous trouverez ci-dessous 15 défauts courants, la cause première des problèmes et les solutions possibles.

1. La porosité

Les petits vides, cavités ou bulles dans le moulage, qui réduisent la résistance mécanique et la durabilité, sont connus sous le nom de porosité. Ces vides peuvent réduire la solidité du composant et sa capacité à résister aux charges mécaniques. Par conséquent, pour des raisons esthétiques, si la porosité est proche de la surface, elle peut causer des problèmes, et la porosité interne peut entraîner une défaillance sous contrainte.

Les causes :

Prévention et solutions

2. Fermeture à froid (fusion incomplète)

Si deux flux de métal n'ont pas fusionné correctement, une fermeture à froid apparaît sous la forme d'une ligne faible ou d'un joint à la surface de la pièce moulée. L'intégrité structurelle est affaiblie et la formation de fissures est possible sous l'effet d'une contrainte mécanique. Les fermetures à froid résultent de cas où du métal fondu coulant ensemble ne parvient pas à s'unir pour former un joint.

Causes:

Prévention et solutions :

3. Défauts de rétraction

Les défauts de retrait se forment lorsque le métal se contracte au cours de la solidification, les laissant à l'intérieur du métal. Comme ces défauts réduisent la densité et la résistance de la pièce moulée, celle-ci est sujette aux fractures et aux défaillances mécaniques. Le retrait suit normalement la coulée lorsque la solidification se poursuit dans les régions les plus épaisses de la coulée.

Les causes :

Prévention et solutions :

4. Ampoules

Élévation de la surface de coulée due à l'expansion de l'air ou des gaz dissous pendant la solidification. Elles nuisent également à la finition de la surface et peuvent se détacher ou s'écailler si la pièce est ensuite usinée ou revêtue. Si elles ne sont pas prises en compte, les cloques peuvent entraîner une défaillance du composant sous l'effet de la pression ou de la contrainte.

Les causes :

Prévention et solutions :

5. Fautes de frappe et remplissages incomplets

Les coulées incomplètes sont dues à la solidification du métal en fusion avant le remplissage complet. Il en résulte des composants inutilisables dont la structure est faible. Ce défaut est crucial car sa présence réduit la précision dimensionnelle et la fonctionnalité de la pièce.

Les causes :

Prévention et solutions :

6. Flash

Il s'agit d'un excès de métal qui s'infiltre dans la cavité de la matrice, la fine ligne métallique au niveau du plan de joint de la pièce. S'il n'est pas éliminé, il peut également causer des problèmes lors de l'assemblage final ou de l'usinage de la pièce. Dans le cas extrême, il peut indiquer une usure de la matrice, ce qui peut augmenter les déchets et les temps d'arrêt de la production.

Les causes :

Prévention et solutions :

7. Collage de matrices et soudage

La soudure de métal en fusion sur la surface de la filière rend l'éjection difficile et affecte également la finition de la surface. Elle peut endommager la coulée et la filière, ce qui augmente le temps et les coûts de maintenance. Les pièces moulées sous pression en aluminium et en magnésium, en particulier, ont tendance à coller et à se souder (en raison de la réactivité de ces métaux avec les matrices en acier).

Les causes :

Prévention et solutions :

8. Fissures (fissures chaudes et froides)

La rupture se produit à la surface du moulage ou à l'intérieur sous forme de fissures, détruisant l'intégrité du composant achevé. Une forte contrainte thermique peut provoquer des fissures à chaud pendant la solidification, et des fissures à froid peuvent apparaître après le refroidissement, en raison d'une contrainte résiduelle ou d'une mauvaise manipulation. Les défauts indésirables peuvent détériorer considérablement la durabilité de la pièce moulée et entraîner une défaillance mécanique ou thermique. Dans les composants porteurs, les fissures sont particulièrement problématiques car l'intégrité structurelle est importante.

Les causes :

Prévention et solutions :

9. Rides de surface et lacunes

Ces plis métalliques irréguliers et superposés apparaissent (rides ou laps) à la surface de la pièce coulée et ont pour origine un écoulement inégal du métal ou une solidification partielle avant le remplissage complet. En outre, ces défauts nuisent à l'aspect esthétique de la pièce moulée et constituent des points de défaillance potentiels d'un point de vue mécanique. La poursuite des processus d'usinage, de peinture ou de revêtement peut être empêchée en raison des rides de surface qui interfèrent avec le processus. Cette situation peut à son tour devenir un processus coûteux de reprise ou de rejet.

Les causes :

Prévention et solutions :

10. Inclusions d'oxyde

Lorsque des impuretés telles que l'oxyde d'aluminium, l'oxyde de magnésium ou d'autres contaminants sont piégées dans le métal en fusion, elles le deviennent sous forme d'inclusions non métalliques. Celles-ci affaiblissent la coulée et créent des zones fragiles. En outre, elles affaiblissent la coulée et entraînent un risque de fracture. Les cas les plus graves peuvent entraîner des défauts de finition de surface qui rendent le produit inadapté à des applications telles que l'aérospatiale et les pièces automobiles, qui doivent être extrêmement précises et résistantes.

Les causes :

Prévention et solutions :

11. Casting incomplet (court métrage)

Si la cavité du moule n'est pas remplie, il s'agit d'un coup court, qui se traduit par des caractéristiques manquantes, des bords irréguliers ou des composants sous-formés. Toutefois, ce défaut rend la pièce moulée inutilisable en raison de l'inadéquation des spécifications et des propriétés mécaniques requises. Les tirs courts se produisent souvent dans des zones à section fine où le flux de métal est limité, ce qui entraîne des structures faibles ou incomplètes. Les pièces de précision sont une bonne source pour ce problème en raison de la précision dimensionnelle requise pour un fonctionnement et un assemblage corrects.

Les causes :

Prévention et solutions :

12. Défauts d'érosion

Les défauts d'érosion sont des défauts induits par le métal en fusion à haute vitesse qui frappe continuellement certaines zones de la matrice où des usures, des surfaces détachées et des fissures sont susceptibles de se produire. Cela entraîne des incohérences dimensionnelles, un ramollissement de la pièce moulée et une réduction de la durée de vie de la matrice. Ces érosions peuvent provoquer l'apparition de trous ou de cavités dans la pièce moulée, ce qui la rend inutilisable. Ce défaut est particulièrement grave pour les opérations de production à long terme, lorsque l'usure de la matrice devient plus importante.

Les causes :

Prévention et solutions :

13. Vérification de la chaleur

Le contrôle thermique est une situation dans laquelle la surface de la matrice est piquée de petites fissures en raison des cycles répétés de chauffage et de refroidissement. Au fil du temps, ces microfissures s'agrandissent et peuvent affecter la qualité des pièces moulées, avec des surfaces rugueuses et des possibilités d'échec encore plus faibles. Le contrôle thermique raccourcit la filière, diminue sa durée de vie et augmente les temps d'arrêt de la production en raison d'une maintenance constante. La cause est plus fréquente dans les processus de moulage sous pression qui impliquent des fluctuations de température importantes et une mauvaise gestion thermique.

Les causes :

Prévention et solutions :

14. Déformation (distorsion)

Lorsque les pièces moulées se plient ou se déforment en raison d'irrégularités de refroidissement, de contraintes internes ou d'une mauvaise conception des matrices, elles se déforment et produisent des pièces impossibles à assembler parce qu'elles ne peuvent pas respecter la précision dimensionnelle. Le gauchissement est particulièrement préjudiciable aux composants à parois minces ou de grande taille, qui subissent une contraction différentielle due à des vitesses de refroidissement différentes. Dans les industries de haute précision telles que l'automobile ou l'aérospatiale, de nombreuses pièces gauchies finissent par être rejetées, ce qui entraîne un gaspillage de matériaux et des coûts de production élevés.

Les causes :

Prévention et solutions :

15. Défauts de turbulence

Néanmoins, lorsque le métal en fusion remplit la cavité du moule, nous induisons des turbulences et des schémas d'écoulement irréguliers. L'air piégé dans le matériau entrave la distribution du métal. Ces défauts se présentent sous la forme de défauts de surface, de porosités ou de vides internes dans la pièce moulée, ce qui affaiblit l'intégrité structurelle de la pièce moulée. L'oxydation affaiblit et dégrade encore davantage quelques endroits susceptibles de se détacher.

Les causes :

Prévention et solutions :

16. Chute

Les gouttes peuvent être dues à une variété de défauts, y compris des pièces incomplètes et d'autres défauts de goutte, définis comme toute pièce perdue en raison d'une perte de contact avec la matrice ou le métal solidifié. En particulier, dans les applications critiques, le défaut de fissuration se traduit par un affaiblissement de l'intégrité de la coulée et de mauvaises performances.

Les causes :

Prévention et solutions :

17. Crasse

Lorsque le métal en fusion s'oxyde, des défauts connus sous le nom de "crasses" se forment, entraînant une contamination de la pièce moulée. La diminution de la résistance et la détérioration de l'apparence font de ces défauts des causes potentielles de pannes mécaniques au cours des dernières années.

Les causes :

Prévention et solutions :

18. Larmes chaudes

Les contraintes résiduelles existant dans les pièces moulées développent des déchirures à chaud à partir de fissures qui se forment en raison de gradients de refroidissement déséquilibrés. Ces défauts forment surtout des faiblesses structurelles lorsque l'application implique des charges.

Les causes :

Prévention et solutions :

19. Trous d'épingle

Les trous d'épingle sont de petits tunnels de gaz incrustés dans les pièces moulées qui diminuent la densité et dégradent les propriétés mécaniques. La formation de ces défauts entraîne des fuites dans les installations étanches à la pression.

Les causes :

Prévention et solutions :

20. Couper et laver

La surface du moule est endommagée et ses structures sont affaiblies lorsque le métal en fusion à grande vitesse enlève une partie du moule, ce qui crée des défauts de type "coupe et lavage".

Les causes :

Prévention et solutions :

Défaut Causes Solutions
Porosité Mauvaise ventilation, vitesse élevée. Améliorer la ventilation, utiliser un aspirateur.
Fermeture à froid Température basse, remplissage lent. Augmenter la température et optimiser les portes.
Rétrécissement Sections épaisses, refroidissement non uniforme. Optimisez le refroidissement et utilisez des colonnes montantes.
Ampoules Humidité, mauvais dégazage. Dégazage du métal, contrôle de la température de la matrice.
Fautes de frappe Basse température, injection lente. Augmenter la pression, optimiser la température.
Flash Haute pression, filière usée. Optimiser la pression et maintenir la filière.
Soudure Température élevée, revêtement de mauvaise qualité. Utiliser des revêtements pour matrices, contrôler la température.
Fissures Refroidissement rapide, mauvais alliage. Optimiser le refroidissement et modifier la conception.
Rides/Lapsus Température basse, remplissage lent. Améliorer la lubrification et augmenter la vitesse.
Inclusions de scories Alliage contaminé, oxydation. Utiliser du métal propre pour améliorer la filtration.
Coup court Basse pression, solidification précoce. Augmenter la vitesse et nettoyer les barrières.
Turbulences Vitesse élevée, mauvaise gestion. Optimiser la vitesse et améliorer le passage.
L'érosion Vitesse élevée, matériau de matrice médiocre. Utiliser des matrices trempées et réduire la vitesse.
Vérification de la chaleur Stress thermique, mauvais refroidissement. Utiliser des matrices résistantes à la chaleur et optimiser le refroidissement.
Les pages de guerre Refroidissement inégal, stress. Optimiser le refroidissement et modifier la conception.
Chute Mauvaise lubrification, desserrage du métal Meilleure lubrification, ajustement de la vitesse et optimisation du moule
Crasse Oxydation, turbulences, impuretés Réduire les turbulences, utiliser un métal propre, améliorer le fluxage
Larmes chaudes Refroidissement inégal, fortes contraintes Optimiser le refroidissement, affiner l'alliage, améliorer le moule
Trous d'épingle Piégeage de gaz, humidité Améliorer le dégazage, réduire l'humidité, améliorer la ventilation
Couper et laver Vitesse élevée, moisissure faible Optimiser les portes, contrôler la vitesse, renforcer le moule

Facteurs clés pour éviter les défauts de moulage sous pression

Principaux points à prendre en compte pour minimiser les défauts de moulage sous pression

Pour réduire les défauts et obtenir un moulage de haute qualité, les fabricants doivent tenir compte des éléments suivants.

1. Optimisation des paramètres du processus

2. Amélioration de la qualité du métal

3. Amélioration de la conception des moules et des matrices

4. Entretien des matrices et de l'équipement

5. Technologies intelligentes

3. Techniques avancées de réduction des défauts

Voici quelques-unes des techniques avancées de réduction des défauts dans la coulée sous pression ;

3.1. Moulage sous pression assisté par le vide

Les techniques avancées de coulée sous pression assistée par le vide comprennent l'élimination de l'air et des gaz emprisonnés dans la cavité du moule avant le remplissage du métal. Cette méthode permet de diminuer ou de réduire de manière significative la porosité, d'augmenter ou d'améliorer la résistance de la coulée et d'améliorer la finition. Dans un environnement de basse pression à l'intérieur du moule, le métal en fusion s'écoulera en douceur avec un minimum de turbulences et de défauts dans la cavité. Voici quelques-uns de ses avantages

3.2. Surveillance des processus en temps réel

Utilisation intensive de capteurs avancés et de systèmes de contrôle de la qualité pilotés par l'IA pour ajuster dynamiquement les paramètres du processus afin d'éliminer les défauts de production. Le contrôle en temps réel comprend la surveillance du processus à l'aide de capteurs de température, de capteurs de pression et de systèmes d'imagerie pour détecter les variations.

Les données sont analysées par les algorithmes d'IA et des ajustements automatiques sont effectués immédiatement pour éviter les défauts. Voici les différents avantages de ce processus :

3.3. Amélioration de la conception et de la simulation des matrices

Les logiciels d'IAO permettent aux fabricants de simuler et d'optimiser l'écoulement du métal avant la production. La prévision de l'emplacement des défauts potentiels permet aux ingénieurs de modifier la conception des portes et des canaux de manière à éviter les problèmes courants, entre autres, tels que les ratés, les fermetures à froid et la porosité. Des tests virtuels des paramètres de moulage sous pression peuvent être effectués à l'aide d'outils de simulation modernes, ce qui permet de réduire les coûts liés aux essais et aux erreurs. Ses avantages sont les suivants ;

Conclusion

Une exigence clé pour les moulage sous pression est un marché où ces défauts de moulage sous pression sont compris et contrôlés, et où toutes les pièces de haute qualité qui en résultent sont produites sur la presse en consommant le moins possible de matières premières. Les fabricants peuvent accroître leur productivité et réduire leurs coûts en s'attaquant aux problèmes de porosité, de déformation à froid, de retrait, de boursouflures, de ratés et de bavures.

Des techniques avancées telles que le moulage sous vide, la surveillance en temps réel et l'amélioration de la conception des moules peuvent encore renforcer la fiabilité et l'efficacité des machines de moulage sous pression. L'industrie du moulage sous pression continue de progresser dans l'optimisation des matériaux et des processus. Cela se traduit également par une plus grande précision, une meilleure durabilité et une fabrication sans défaut.

Foire aux questions (FAQ)

  1. Quels sont les défauts les plus courants dans le moulage sous pression ?

Les défauts les plus couramment rencontrés dans le moulage sous pression sont la porosité, la fermeture à froid, le retrait, les cloques, les ratés, les bavures, le collage de la matrice et la soudure. Ces défauts peuvent entraîner une perte de résistance mécanique, d'aspect et de fonctionnalité du produit final.

  1. Quelles méthodes peuvent être utilisées pour réduire la porosité des pièces moulées sous pression ?

Nous pouvons minimiser la porosité en améliorant la ventilation et le vide, en équilibrant la vitesse d'injection et la turbulence, en maintenant la température de la matière fondue et de la filière dans les limites des paramètres, et en utilisant du métal fondu dégazé.

  1. Quelle est la raison pour laquelle le flash résulte d'un moulage sous pression ?

Les caractéristiques de la formation de bavures sont dues à une pression d'injection excessive, à des matrices usées ou mal alignées et à une force de serrage insuffisante. Un étalonnage correct de la machine, ainsi qu'un bon entretien des matrices, peuvent empêcher la formation de bavures.

  1. Quel est l'effet de la température de la matrice sur les défauts de coulée ?

Une température défectueuse de la filière peut entraîner plusieurs défauts de basses températures qui produisent des fermetures à froid. Elle provoque également des ratés et des températures élevées qui produisent des soudures, des boursouflures et une porosité accrue. Une température optimale de la matrice permet un écoulement régulier du métal et une solidification uniforme.

  1. Comment le moulage sous vide peut-il être utilisé pour réduire les défauts ?

Assisté par le vide moulage sous pression élimine l'air et les gaz de la cavité du moule, ce qui réduit considérablement la porosité et améliore l'écoulement du métal. Il améliore la qualité du moulage et l'intégrité structurelle, ainsi que la durabilité globale du produit.

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