Le moulage sous pression à chambre chaude et le moulage sous pression à chambre froide sont tous deux des méthodes de moulage des métaux. Mais elles fonctionnent de manière différente. Le moulage sous pression en chambre chaude utilise un four intégré. Elle est plus rapide et permet de fabriquer des pièces à partir de métaux à faible point de fusion, comme le zinc. Le moulage en chambre froide, quant à lui, utilise un four séparé pour faire fondre le métal. Il peut produire des pièces à partir de métaux à point de fusion modéré ou élevé, comme l'aluminium, mais il n'est pas rapide.

La décision de sélection dépend des types de métaux et de la complexité de la pièce. Lisez cet article pour découvrir leurs différents aspects, alliages, applications et processus.

Moulage sous pression en chambre chaude

Le procédé est appelé chambres chaudes en raison du système d'injection immergé (système col de cygne et piston) dans le métal en fusion à l'intérieur d'un four. Il s'agit d'une technique automatisée plus rapide pour la fabrication de pièces métalliques.

Le fabricant introduit sous haute pression du métal en fusion dans un moule en acier réutilisable. Les principaux métaux utilisés sont le zinc, l'étain et les alliages à base de plomb. Ce procédé fonctionne avec des métaux à bas point de fusion (inférieur à 450°C / 842°F) afin d'éviter d'endommager le système d'injection. Toutefois, les alliages de plomb sont interdits dans de nombreuses industries en raison de leur toxicité.

Injection de métal : Le système du col de cygne

Les systèmes de col de cygne dans la coulée sous pression en chambre chaude servent à pomper les alliages en fusion dans la cavité de la filière. Il est immergé dans un four pour améliorer l'écoulement du métal. Un piston hydraulique ou pneumatique actionné par de l'huile ou du gaz à une pression de 7 à 15 MPa / 1 000 à 2 200 psi pousse le métal dans la matrice et dans le col de cygne. Cette conception est idéale pour la production de masse, permettant 2 à 5 injections par minute.

Principaux défis :

Certaines impuretés, comme le métal oxydé, peuvent s'accumuler dans le col de cygne et former des crasses. Elles bloquent le flux et réduisent ainsi la qualité des pièces. Des systèmes de nettoyage appropriés doivent donc être mis en place pour éviter ce problème.

En outre, l'exposition constante à l'alliage en fusion détériore le plongeur et le col de cygne au fil du temps. Ils doivent être remplacés tous les 50 000 à 100 000 cycles.

Matériaux et durabilité des matrices

Les matrices sont fabriquées avec des matériaux plus résistants et plus durs, comme l'acier (par exemple, de qualité H13). Ces matrices ont tendance à résister aux pressions et aux chaleurs intenses. Toutefois, de minuscules fissures se forment à l'intérieur de la matrice lorsque la chaleur est supérieure à 400°C et qu'elle se refroidit. Une matrice peut supporter de 100 000 à 500 000 cycles avant d'être réparée.

Quant à son coût, il reste élevé, allant de $20.000 à $50.000 par matrice. En revanche, il devient abordable lorsqu'il est utilisé pour la production de masse. L'entretien régulier, les revêtements et la gestion de la température augmentent inévitablement sa durée de vie.

Décomposition du temps de cycle

• Remplissage : Il faut de 0,1 à 0,5 seconde pour insérer le métal en fusion dans la matrice. La vitesse dépend généralement de la force du piston et de la viscosité du métal.
• Solidification : Le métal en fusion se refroidit et durcit en 2 à 10 secondes. Les pièces plus épaisses ont besoin de plus de temps, tandis que les pièces à parois minces (par exemple, 1-3 mm) se refroidissent assez rapidement.
• Éjection : Les broches d'éjection facilitent ce processus en retirant la pièce en 1 à 3 secondes. En outre, l'utilisation d'un lubrifiant en spray sur la matrice (par exemple, du graphite) permet d'éviter le collage.

Contrôle de la température

Pour obtenir une qualité de coulée constante, il est important de choisir une température précise. C'est pourquoi le four maintient le zinc fondu à une température comprise entre 410 et 430°C (770-806°F). Cela signifie que des variations de température de 10°C seulement peuvent entraîner des défauts.

Pendant la coulée, des résistances électriques ou des brûleurs à gaz chauffent le four. Pendant ce temps, des thermocouples observent la température tout au long du processus. En effet, un mauvais contrôle (trop chaud) dégrade le métal, et trop froid provoque des crasses. De même, une solidification prématurée ne remplit pas les vides et ne provoque pas de fissures.

Système d'éjection

La pièce est prête à être enlevée lorsque son métal est entièrement solide. Les fabricants ouvrent la matrice à l'aide de broches d'éjection qui poussent la pièce vers l'extérieur.

En outre, actionneurs hydrauliques contrôler la force et éviter les dommages. De leur côté, les broches coudées libèrent en douceur les formes complexes. Vous pouvez également utiliser un brouillard de lubrifiant pour refroidir la matrice et éviter qu'elle ne colle. Tout cela signifie que les systèmes d'éjection qui fonctionnent bien sont très efficaces.

Avantages

• Ce processus est 3 à 4 fois plus rapide que le moulage sous pression en chambre froide.
• Les fours intégrés consomment 20-30% d'énergie en moins que ceux qui fondent le métal séparément.
• Il fabrique des pièces avec des tolérances serrées (±0,1 mm) et des surfaces lisses.
• Le moulage en chambre chaude est idéal pour la production de masse (plus de 10 000 pièces).
• Il est largement utilisé dans les charnières automobiles ou les boîtiers électroniques.

Inconvénients

• Cette technique n'est pas adaptée à l'aluminium ou à l'acier. moulage sous pression du magnésium. Parce qu'ils ont un point de fusion plus élevé, ce qui endommagerait le col de cygne.
• Les écarts de température dus à des cycles fréquents sollicitent le col de cygne, ce qui entraîne l'apparition de fissures.
• Nécessite un écrémage des impuretés pour éviter les crasses.

Moulage sous pression en chambre froide

La coulée en chambre froide n'est pas comme une chambre chaude ; elle dispose d'un four séparé pour faire fondre le métal. Au lieu de cela, les fabricants transfèrent le métal fondu à travers une poche de coulée dans la douille de coulée. Le piston hydraulique le force alors à pénétrer dans la cavité du moule. Le reste du processus est presque similaire. Ce procédé fonctionne bien avec des températures de fusion modérées à élevées de métaux tels que l'aluminium, le magnésium et les alliages à base de cuivre.

Moulage à la louche et injection de métal

Vous pouvez transférer le métal chauffé vers la machine à l'aide d'une louche manuelle ou automatisée.

• La coulée manuelle est plus lente et n'est pas très régulière. Elle est utilisée pour verser le métal en fusion dans la douille de grenaillage. Il en résulte des variations dans la qualité des pièces.
• L'extraction automatisée à la louche fait référence à un bras robotisé. Celui-ci mesure et insère avec précision le métal chauffé. Il remplit correctement les espaces et réduit les erreurs humaines. Ce processus permet d'améliorer les taux de production d'environ 10-20%. En outre, il élimine les défauts tels que le piégeage de l'air et les remplissages incomplets.

Douille de tir et piston

Les manchons courts font partie des systèmes d'injection. C'est le point à partir duquel le métal en fusion est versé avant d'être injecté dans la matrice. Les fabricants les fabriquent à partir de matériaux plus durs, comme l'acier, afin qu'ils puissent supporter des températures et des pressions intenses.

Le plongeur, quant à lui, est une sorte de tige actionnée par un cylindre hydraulique. Il force l'alliage fondu à entrer dans le moule. En général, il existe deux types de piston : plat et conique.

Un plongeur plat convient aux pièces plus simples dont l'épaisseur de paroi est constante. Les poussoirs coniques, quant à eux, sont utiles pour les conceptions difficiles, car ils permettent d'éviter les turbulences et l'emprisonnement de l'air.

Matériaux des matrices

En principe, les matrices à chambre froide sont constituées d'acier à outils trempé, comme le H13 ou le H11. Ce matériau présente déjà un rapport résistance/poids et une résistance à l'usure. Il supporte donc la chaleur élevée (jusqu'à 700°C/ 1292°F) et les pressions d'injection intenses sans se déformer.

Cependant, la filière doit faire face à certains défis. Par exemple, les contrôles thermiques dus à la chaleur et au refroidissement constants provoquent des fissures à la surface. Par ailleurs, l'érosion due aux alliages à haute température entraîne une usure progressive.

Par conséquent, essayez de vous concentrer sur l'entretien régulier, les traitements de surface et les revêtements (nitruration ou PVD). Ceux-ci peuvent augmenter la durée de vie de la filière et améliorer ses performances.

Canaux de refroidissement

Les ingénieurs intègrent stratégiquement des canaux de refroidissement dans le moule. En effet, ces canaux régulent l'étape de solidification et réduisent les temps de cycle. En les plaçant près des zones de haute température, on obtient un refroidissement constant. Cela n'entraîne donc pas de déformation, de rétrécissement ou de fissures internes.

Système de carottes et de glissières

Ces composants de la machine à chambre froide permettent de diriger l'alliage chauffé de la douille de grenaillage vers la cavité de la filière.

La partie de la carotte tend à être un point d'entrée à partir duquel les canaux distribuent le métal. Concevez-les de manière appropriée afin d'éliminer les défauts majeurs tels que l'emprisonnement de l'air et le blocage de l'écoulement.

Système d'éjection

Au stade du retrait des pièces moulées solidifiées de la matrice sans les endommager, des systèmes d'éjection garantissent un fonctionnement sans heurts. Ces systèmes comprennent l'utilisation de broches d'éjection, la pulvérisation de lubrifiant, des actionneurs hydrauliques et des boîtes d'éjection ressemblant à des chambres chaudes.

Lorsque la pièce refroidit, la matrice s'ouvre, activant la boîte d'éjection et les broches d'éjection poussent la pièce moulée vers l'extérieur.

Avantages

• Il peut couler une plus large gamme d'alliages tels que l'aluminium, le magnésium et le cuivre.
• Le choc thermique est moindre car la chemise de grenaille et le piston ne sont pas en contact permanent avec du métal en fusion, ce qui réduit l'usure.
• Il permet de réaliser des pièces très nettes et détaillées avec des parois minces.

Inconvénients

• Il est plus lent que le processus en chambre chaude et prend de 20 à 60 secondes par pièce.
• Il nécessite plus d'énergie et d'entretien en raison des températures et des pressions plus élevées. C'est pourquoi il est coûteux.
• L'utilisation d'une louche manuelle et l'entretien de la filière augmentent fréquemment les besoins en main-d'œuvre.

Comparaison du moulage sous pression en chambre chaude et en chambre froide

Études de cas

Les fabricants utilisent couramment le moulage sous pression en chambre chaude pour fabriquer des boucles et des attaches en alliage de zinc. Ils utilisent cette technique en raison de sa capacité à produire des pièces de petite taille et à assurer une production de masse.

Alors que les matrices à chambre froide, le moulage permet de produire des blocs moteurs en aluminium. Cette pièce présente des dimensions importantes, une géométrie complexe et la nécessité d'une grande résistance. C'est pourquoi le moulage en chambre froide est la meilleure solution.

Applications et industries

Automobile :

L'industrie automobile utilise des chambres chaudes pour produire des pièces en alliage de zinc telles que les ceintures de sécurité, les essuie-glaces et les boîtiers audio des voitures. Les propriétés impressionnantes du zinc leur confèrent des finitions lisses et une grande durabilité.

À l'inverse, le moulage sous pression en chambre froide permet de fabriquer des supports de moteur en aluminium, des composants de salle des machines et des pièces d'éclairage. En effet, il permet de créer des modèles difficiles avec une résistance élevée.

Aérospatiale :

Vous savez, le moulage sous pression en chambre chaude est rarement utilisé pour les pièces aérospatiales. Cela s'explique par le fait que le métal de coulée (zinc, magnésium) a un point de fusion plus bas. Mais cela ne signifie pas que ce procédé n'est pas utilisé dans cette industrie. De nombreuses petites pièces aérospatiales en magnésium, telles que des supports, des boîtiers et des connecteurs, sont fabriquées à l'aide de ce procédé. Cela permet d'obtenir un poids léger, une résistance à la corrosion et une durabilité.

Toutefois, les pièces moulées sous pression en chambre froide en alliage de magnésium sont utilisées dans les avions. Par exemple, les cadres de sièges et les composants de la cabine. Ces pièces sont plus légères et plus résistantes.

Biens de consommation :

Les fabricants fabriquent des produits populaires dans le domaine de la mode et des accessoires en utilisant le moulage sous pression à chambre chaude. Par exemple, des boucles en alliage de zinc, des fermetures à glissière et des garnitures décoratives.

Les boîtiers électroniques et les dissipateurs thermiques en aluminium sont largement utilisés dans l'électronique grand public. Ils sont fabriqués par un procédé de chambre froide.

Applications émergentes

Véhicules électriques (VE) :

Le moulage sous pression est de plus en plus utilisé pour produire des boîtiers de batterie légers et des composants structurels pour les véhicules électriques.

La demande croissante de pièces légères pour les véhicules électriques est à l'origine de la large utilisation de la technique du moulage sous pression. Ce procédé permet de créer des boîtiers de batterie et des composants structurels plus légers que la moyenne et plus résistants.

Technologie 5G :

L'aluminium et le magnésium moulés sous pression sont devenus des composants importants pour l'infrastructure 5G. Par exemple, les boîtiers d'antennes et les systèmes de gestion de la chaleur.

Conclusion

Le moulage sous pression en chambre chaude est rapide et constitue une option abordable. Il traite les métaux à faible point de fusion comme le zinc. En revanche, le moulage sous pression à chambre froide consomme plus d'énergie car il fait fondre l'alliage séparément. Toutefois, ce procédé est efficace pour les matériaux résistants et à point de fusion élevé tels que l'aluminium, le cuivre, etc. Lors de votre choix, tenez compte de l'adéquation du métal, de la complexité de la conception et du volume de production. Vous obtiendrez ainsi les résultats souhaités.