Le moulage sous pression de l'aluminium est une technique courante pour fabriquer les carters de moteurs. Elle est suffisamment efficace pour s'adapter à n'importe quel niveau de complexité de conception. Le processus commence par le chauffage de l'aluminium jusqu'à son point de fusion et son insertion dans le moule. Les carters de moteur en aluminium sont plus légers que la moyenne, durent plus longtemps et ont une excellente conductivité thermique.

Découvrons comment le processus de moulage sous pression permet de fabriquer ce produit en utilisant des alliages appropriés, ainsi que ses applications et ses avantages.

Avantages de la coulée sous pression d'aluminium pour les carters de moteurs

Le moulage sous pression de l'aluminium pour les carters de moteur est le procédé idéal. En effet, il confère à la pièce la solidité et la durabilité nécessaires pour résister à une chaleur intense.

Les alliages tels que l'A380, l'ADC12 et l'A356 sont les meilleurs matériaux à utiliser dans les carters de moteur. En effet, l'alliage A380 présente une grande résistance à la traction de 310 MPa. Cela signifie qu'il peut supporter de lourdes charges.

L'ADC12 est une autre option privilégiée, car il présente une conductivité thermique de 96-105 W/m-K. Cette conductivité facilite généralement la dissipation de la chaleur. Cela facilite généralement la dissipation de la chaleur.

L'A356, quant à lui, offre non seulement des pièces de la meilleure qualité, mais peut également atteindre une élongation de 7%. Cela signifie qu'il peut mieux résister aux chocs. D'une manière ou d'une autre, l'allongement dépend des conditions de traitement thermique.

Toutes ces caractéristiques font des boîtiers en aluminium le choix idéal pour les applications automobiles, aérospatiales et industrielles.

Mesures de performance

Léger :

Lorsque l'on travaille avec de l'aluminium, les pièces présentent une caractéristique de légèreté. Par exemple, ces pièces sont 60% moins lourdes que la fonte. Cela signifie qu'il est facile de manipuler les carters de moteur et de les transporter.

Haute précision :

Le moulage sous pression prend en charge les profils de produits de manière efficace et ne crée pas de variantes. Il s'agit donc essentiellement d'une bonne option pour obtenir des tolérances serrées allant jusqu'à +/- 0,05 mm.

Conductivité thermique :

Les moteurs génèrent une chaleur excessive pendant leur fonctionnement. C'est la raison pour laquelle l'aluminium est généralement mieux adapté aux carcasses de moteurs en raison de sa bonne résistance à la chaleur. conductivité thermique. Il maintient les composants au frais. Par exemple, l'alliage d'aluminium A356 a une conductivité thermique de 150 W/m-K.

Conductivité électrique :

Certaines conceptions de moteurs nécessitent une bonne conductivité électrique. L'aluminium est donc également assez bon pour cette propriété.

Résistance à la fatigue :

Le matériau des carters moteurs doit cependant supporter des contraintes répétées sans se rompre. Pour cela, un alliage comme l'A380 est approprié car il offre la durabilité requise et dure plus longtemps.

Analyse des coûts

Coût total de possession :

Le coût initial de l'outillage du moulage sous pression devient abordable en raison de son utilisation à long terme. En outre, l'aluminium n'est pas aussi coûteux que l'acier et le processus de moulage réduit les déchets.

Comparaison avec d'autres méthodes :

La simplicité du processus, avec moins d'étapes, le rend moins coûteux que d'autres méthodes de moulage et d'usinage.

Impact sur l'environnement

Le processus de moulage sous pression permet de transformer les matériaux excédentaires en projets de réutilisation. En effet, l'aluminium est 100% recyclable et n'a pas beaucoup d'impact sur l'environnement. En outre, sa légèreté permet d'utiliser moins d'énergie, ce qui permet d'économiser 25% de carburant.

Considérations relatives à la conception des carters de moteurs en aluminium moulé sous pression

Analyse par éléments finis et simulation

Le traitement de l'analyse par éléments finis utilise des simulations informatiques. Il permet d'améliorer les conceptions et de prévenir les défauts à venir avant la fabrication. Par exemple, les points de contrainte, les flux de chaleur, etc. afin que le carter du moteur fonctionne efficacement.

Analyse des contraintes et des déformations :

Dans le cas de la résistance aux contraintes, les simulations aident les constructeurs à identifier les points faibles, même les zones renforcées sujettes aux fissures. En outre, l'utilisation de l'alliage de l'A380 peut aider à supporter des contraintes de l'ordre de 150 à 200 MPa. Ce qui correspond généralement à des pièces de moteur de voiture.

Analyse thermique :

Les simulations permettent de déterminer les capacités de déplacement de la chaleur lors de la conception des structures de refroidissement. En effet, le carter du moteur doit rester en dessous de 150°C sans dégager de chaleur excessive.

Réduction des défauts :

Les outils de simulation permettent d'éliminer les risques de défauts, tels que la porosité de l'air, d'environ 30-50%.

Conception d'un système de portes et de coulisses

Les systèmes d'obturation servent de voies d'accès au métal en fusion, l'acheminant vers le moule. Leurs techniques de placement ont une incidence sur la qualité et la solidité des produits.

Vitesse d'écoulement :

Le moule doit être rempli uniformément, en 2 à 5 secondes maximum. Un temps excessif augmente les risques d'emprisonnement de l'air. Cela provoque des porosités (petits trous)

Types de portes :

• Portes à onglet : D'une épaisseur de 2 à 5 mm, elles conviennent parfaitement aux pièces lourdes et de grande taille.
• Portes à picots : Elles ont une largeur de 1 à 3 mm. Vous pouvez les utiliser pour les pièces à parois minces, comme les couvercles de carter de moteur.
• Vannes de débordement : Elles peuvent capturer les impuretés. Elles améliorent également l'état de surface en 20%.

Contrôle des turbulences :

La bonne conception des canaux permet d'obtenir des pièces solides et lisses. Elle réduit la porosité jusqu'à 20-30%.

Détails de la conception de la matrice

Le moule est un élément important du moulage sous pression. Il façonne le métal en fusion pour en faire la pièce finale. Les techniques de conception ont un impact significatif sur le rendement. Par exemple, les glissières et les noyaux du moule permettent d'obtenir des caractéristiques précises telles que les ailettes de refroidissement. Mais d'une manière ou d'une autre, l'ajout de 3 à 5 couches augmente les prix de 10 à 15%.

De même, le placement des broches d'éjection à une distance de 10 à 15 mm les unes des autres empêche les pièces de se plier au cours du processus.

Les canaux de refroidissement doivent avoir une largeur d'environ 5 à 10 mm. En effet, la réduction du temps de refroidissement accélère la vitesse de production.

Gestion thermique

Une gestion thermique efficace est importante pendant le moulage pour éviter la surchauffe. Par exemple, l'utilisation de dissipateurs de chaleur et d'ailettes dans la conception des moules crée suffisamment de surfaces (50-70%) d'où la chaleur excessive des pièces peut s'échapper.

En outre, il convient d'utiliser des canaux de refroidissement dont la température est plus basse (20-30°C).

En outre, les matrices refroidies à l'eau passent rapidement de 600°C à 200°C, en 1 à 2 minutes. Cela contribue à l'efficacité des cycles et de la production.

Processus de fabrication des carters de moteur en aluminium moulé sous pression

Dans un processus tel que moulage d'aluminium sous pression Les pièces sont dotées d'une finition solide et soignée. C'est le résultat de l'utilisation de l'injection d'alliage en fusion à haute pression.

Les machines de coulée introduisent le métal chauffé dans la matrice à l'aide d'un piston et d'un manchon de grenaille. Le plateau sert d'outil de maintien. La pince à genouillère le fixe fermement.

De plus, les fabricants fournissent au coulage la pression nécessaire par le biais d'un accumulateur de gaz/huile pour faciliter le processus.

Types de machines de moulage sous pression

Machines à chambre chaude :

Le moulage sous pression en chambre chaude est bien adapté aux alliages qui n'ont pas un point de fusion élevé. Par exemple, le zinc ou le plomb. En effet, les métaux à point de fusion élevé, comme l'aluminium, peuvent endommager l'équipement des machines.

Dans le cas du procédé à chambre chaude, les fabricants maintiennent le métal dans une chambre chauffée. Ils le versent ensuite directement dans le moule.

Machines à chambre froide :

Ces machines sont idéales pour la coulée d'alliages à point de fusion modéré ou élevé. Par exemple, l'aluminium, le cuivre, le titane, etc. Au cours de cette technique, les fabricants utilisent des chambres séparées pour faire fondre l'alliage sélectionné. Ils le transfèrent ensuite dans le moule à l'aide d'une poche de coulée. La machine fonctionne à une pression d'injection de 10 à 175 MPa. Ainsi, le métal liquide se répartit uniformément dans les zones.

Force de serrage et temps de cycle :

La machine utilise toutefois une force de serrage de 1 000 à 5 000 kN pour fermer hermétiquement le moule. Chaque cycle, comprenant l'injection, le refroidissement et l'éjection, est complet et ne prend pas plus de 30 à 120 secondes. Cela dépend de la taille et de la complexité de la pièce.

Préparation du métal en fusion

• La fusion : Cette étape consiste à chauffer l'aluminium à 680-750°C dans un four. Il ne faut pas s'écarter de cette température pour éviter une oxydation excessive et conserver la fluidité.
• Dégazage : Ce processus est important dans le cas où l'on arrête l'alliage fondu pour qu'il absorbe l'hydrogène de l'air. Il en résulte une porosité. Pour cela, le dégazage élimine principalement l'hydrogène gazeux. Il empêche donc la porosité et renforce le moulage.
• Le filtrage : Le métal contient des impuretés, comme des oxydes et des particules non métalliques. Ces impuretés affaiblissent la fonte. Elles peuvent être éliminées à l'aide d'un filtre en céramique. L'élimination des impuretés rend le métal plus pur (15-25%) et crée une finition lisse.

Contrôle de la température de la matrice

La gestion de la température des moules est nécessaire pour éliminer les défauts et fabriquer de meilleures pièces. Par exemple, les canaux de refroidissement à l'intérieur de la matrice font circuler de l'eau ou de l'huile. Ils refroidissent uniformément le métal en évitant les déformations et les rétrécissements.

De même, les éléments chauffants répondent aux besoins de chaleur de certains moules. Ils stabilisent ainsi la température et évitent les fissures.

En outre, les systèmes de contrôle de la température maintiennent la température de la matrice à environ 150-250°C. Ils réduisent les arrêts à froid ou les rétrécissements excessifs.

Automatisation du moulage sous pression

Manipulation robotique :

L'intégration des robots permet de réduire le temps de cycle global (10-20%). En effet, ils prennent en charge des tâches allant de la fusion aux produits finis. Il y a donc moins de risques d'erreur et les résultats sont plus efficaces.

Pulvérisation automatisée des matrices :

Pour répartir uniformément les lubrifiants sur la matrice, l'automatisation est utile. Elle pulvérise les zones cachées et prolonge la durée de vie de la pièce par 15-30%.

Contrôle de la qualité et essais des carters de moteur en aluminium moulé sous pression

Contrôle non destructif (CND)

Méthode de l'écho pulsé :

Un transducteur transmet des ondes ultrasoniques dans le boîtier. Ces ondes se réfléchissent sur les défauts lorsqu'elles ne les traversent pas. Il se concentre sur les pièces presque pour indiquer les défauts dans le métal.

Par l'intermédiaire de la méthode de transmission :

Lors de cette technique, le personnel se rend aux deux transducteurs situés de part et d'autre de la pièce coulée. En cas de défaut, les ondes ne passent pas ou s'affaiblissent.

Techniques d'inspection

Inspection par rayons X :

Ces inspections permettent d'analyser les défauts internes du moulage, tels que la porosité ou le retrait. Ces défauts peuvent compromettre les performances réelles. Le contrôle par ultrasons, par exemple, permet de détecter les fissures cachées grâce à des ondes sonores à haute fréquence. Le contrôle par ressuage permet quant à lui de localiser les défauts de surface à l'aide d'un certain colorant.

Contrôle statistique des processus (CSP)

Les capteurs d'automatisation installés sur des machines telles que le SPC identifient la pression, la chaleur, les taux de refroidissement et les temps de cycle en temps réel. Vous pouvez immédiatement ajuster les paramètres pour obtenir un meilleur rendement. Ils contribuent également à réduire les défauts de 20-40% et le gaspillage de matériaux. Ils assurent la cohérence de la qualité de chaque lot.

Évaluation métallurgique

• Analyse de la microstructure : Elle permet de reconnaître la formation réelle des grains et la distribution des métaux pour assurer la durabilité.
• Contrôles de conformité : Ce processus permet de s'assurer que le boîtier répond aux normes ASTM B85 en matière de résistance mécanique.

Applications et industries utilisant des carters de moteur en aluminium moulé sous pression

Automobile :

Les carters de moteur en aluminium sont utilisés dans les moteurs de véhicules électriques. Ils continuent à fonctionner efficacement, tout en étant moins lourds. De plus, la gestion thermique s'améliore et la batterie dure plus longtemps.

Aérospatiale et drones :

Le boîtier des systèmes de propulsion des drones arrête les impacts des températures extrêmes et des vibrations. Il assure le bon déroulement des opérations.

Machines industrielles :

De nombreux bras robotisés, bandes transporteuses et systèmes automatisés utilisent un carter de moteur. En effet, il assure l'intégrité structurelle et la dissipation de la chaleur pour des performances constantes.

Énergies renouvelables :

Dans des conditions météorologiques variables, ces pièces de fonderie contribuent à maintenir l'efficacité des moteurs pour les éoliennes et les systèmes de suivi solaire.

Équipement médical :

Le boîtier du moteur est de plus en plus demandé dans les équipements médicaux. Cela est dû à la précision de sa conception, à sa taille compacte et à sa durabilité.

Conclusion :

Les caractéristiques les plus importantes du carter de moteur en aluminium moulé sous pression sont sa résistance, sa durabilité et son excellente dissipation de la chaleur. C'est pourquoi il s'agit de la meilleure option pour les pièces de moteur, dont la légèreté améliore l'efficacité énergétique. En outre, l'amélioration des alliages et des techniques permet d'aboutir à des solutions plus solides, plus efficaces et plus respectueuses de l'environnement.