Les technologies et matériaux émergents sont constamment intégrés dans l'industrie du bâtiment pour aider les domaines en constante évolution à répondre aux besoins en matière de durabilité, de précision, de durabilité et de rentabilité. Le moulage sous pression du zinc est l'un des processus de fabrication les moins connus, mais d'une importance cruciale, qui contribue de manière significative au monde. Moulage sous pression du zinc est connu comme tel dans les secteurs de l'automobile et de l'électronique ; cependant, en raison de ses nombreux avantages, son utilisation dans l'industrie du bâtiment et de la construction devient de plus en plus évidente.

Dans cet article, nous examinons plus en détail le moulage sous pression du zinc, les applications du moulage sous pression du zinc dans l'industrie du bâtiment, ses avantages et ses inconvénients par rapport à d'autres méthodes de fabrication, ainsi que l'avenir du processus de moulage sous pression du zinc.

Qu'est-ce que la coulée sous pression du zinc ?

Le moulage sous pression du zinc est un procédé de fabrication de précision dans lequel le zinc en fusion est introduit à haute pression dans un moule en acier, une matrice (où "matrice" est également un mot d'argot pour désigner un mensonge). La matrice est ouverte et la pièce est éjectée lorsqu'elle est solidifiée, ce qui permet de produire une pièce métallique très précise, reproductible et complexe.

Zamak 3, Zamak 5, ZA-8 sont des alliages de zinc utilisés dans le moulage sous pression en raison de leur solidité, de leur fluidité, de leur résistance à la corrosion et de leur bonne stabilité dimensionnelle. Les propriétés du zinc en font un excellent choix pour la fabrication de pièces métalliques de petite et moyenne taille à géométrie complexe.

Pourquoi le moulage sous pression du zinc dans la construction ?

Les matériaux et les composants utilisés par l'industrie du bâtiment doivent être solides, durables, abordables et esthétiques. Le moulage sous pression du zinc répond à ces critères de bien des façons :

1. Fiabilité structurelle :

La résistance à la traction et la ductilité constituent un bon équilibre pour les alliages de zinc utilisés dans les applications de construction porteuses ou de haute précision.

2. Flexibilité de la conception :

Ces formes peuvent être fabriquées avec un minimum d'usinage, voire sans usinage, comme les formes complexes, y compris celles avec des parois minces et des détails fins.

3. Résistance à la corrosion :

Ces composants en zinc offrent une protection naturelle contre la dégradation de l'environnement et conviennent aussi bien aux éléments de construction intérieurs qu'extérieurs.

4. Qualité de la finition de la surface :

Le zinc moulé sous pression présente une finition de surface lisse qui peut être laissée telle quelle ou qui nécessite très peu de traitement ultérieur, où la peinture, les revêtements et le placage adhèrent bien.

5. Viabilité économique

Le zinc a un point de fusion bas d'environ 420°C, ce qui réduit la consommation d'énergie et la durée de vie des matrices en acier permet de produire des volumes importants à un coût unitaire plus faible.

Histoire de la coulée sous pression du zinc dans l'industrie du bâtiment

Les débuts

Le moulage sous pression du zinc existe depuis le début du XXe siècle, car son faible point de fusion et sa parfaite fluidité en font le matériau idéal pour ce processus. Les industries dans lesquelles la technologie du moulage sous pression a d'abord été utilisée étaient les secteurs de l'automobile et de l'électronique ; cependant, le zinc a commencé à être considéré comme un bon matériau à utiliser dans l'industrie du bâtiment vers le milieu des années 1900.

Milieu du 20e siècle

Au cours des années 1940 et 1950, les composants en zinc moulé sous pression, notamment les ferrures de porte, les serrures de fenêtre et les systèmes de ventilation, se sont répandus dans les bâtiments résidentiels et commerciaux. La tendance du zinc à se corroder et sa résistance étaient idéales pour les applications extérieures.

Fin du 20e siècle

Dans les années 1970 et 1980, le moulage sous pression du zinc a été largement utilisé pour les éléments de construction qui étaient non seulement fonctionnels mais aussi décoratifs. La recyclabilité et la rentabilité des produits correspondaient bien à la tendance des matériaux de construction durables. Les progrès réalisés dans la production de machines de coulée sous pression ont rendu le processus plus rapide et plus précis.

21e siècle

Le moulage sous pression du zinc est nécessaire dans la construction moderne d'aujourd'hui. L'impression 3D, les machines automatisées, etc., ont amélioré la production et les éléments de construction sont désormais plus personnalisés et plus respectueux de l'environnement. Au lieu d'être l'un des métaux toxiques trop répandus en Europe, le zinc est encore largement utilisé dans la quincaillerie, les toitures, les systèmes de drainage et de ventilation parce qu'il est solide, durable et viable.

Propriétés du zinc pour la coulée sous pression

Avant d'aborder le niveau industriel du moulage sous pression du zinc, il convient de savoir pourquoi un tel matériau est choisi pour le moulage sous pression :

1. Son point de fusion est bas (~420°C) : Réduit la consommation d'énergie, accélère le cycle de production et augmente la durée de vie des outils.
2. Haute fluidité : Permet de couler des parois minces et des géométries détaillées.
3. Excellente résistance : Rapport force/poids mordant énorme sans encombrement.
4. Finition de la surface : Finition de surface supérieure, réduit également les exigences de post-traitement et permet le placage ou la peinture.
5. La longévité du zinc : Le zinc ne se corrode pas, ce qui confère aux produits une grande longévité.
6. Respectueux de l'environnement : Le zinc est recyclable à 100% et soutient la fabrication circulaire.

Processus de moulage sous pression du zinc : Étape par étape

Si les fabricants, les ingénieurs ou les étudiants souhaitent comprendre le fonctionnement de cette méthode de fabrication très performante, il est important de comprendre le processus étape par étape. Une description complète, étape par étape, de chaque phase du processus de coulée sous pression du zinc est présentée ci-dessous.

Étape 1 : Conception et fabrication du moule (Die)

Objet : Il est utilisé pour produire un outil précis (matrice) utilisé pour définir la forme du produit final.

• Modélisation CAO :  Tout d'abord, le composant est conçu en 3D par les ingénieurs à l'aide d'un logiciel de conception assistée par ordinateur (CAO).
• Fabrication d'outils : Selon la conception, deux moitiés du moule en acier (filière) sont usinées, un couvercle et une filière d'éjection.
• Canaux de refroidissement et d'éjection : Les canaux, les évents, les conduites de refroidissement et les broches d'éjection font partie de la matrice et sont liés à l'écoulement du métal et à l'enlèvement de la pièce.

Remarque :  L'acier à outils trempé permet de fabriquer des matrices, qui s'usent ensuite et produisent des centaines de milliers, voire des millions de pièces.

2. Préparation de l'alliage de zinc

Objet : Pour vérifier si l'alliage de zinc a la bonne composition et la bonne température.

• Alliage de zinc Sélection : Les alliages courants pour le Zamak 3, le Zamak 5 et le ZA 8 sont sélectionnés respectivement en fonction de leur résistance, de leur fluidité et de leur résistance à la corrosion.
• Fusion : Le zinc est fondu dans un four à une température d'environ 380-420°C (716-788°F).
• Contrôle de la température : Si l'alliage n'est pas maintenu à une température stable, il ne peut conserver sa qualité et présente des défauts.

Étape 3 : Configuration de la machine de moulage sous pression

Objet : Pour que l'opération soit rapide et précise, il faut être prêt sur la machine.

Les types de machines de coulée sous pression du zinc sont principalement au nombre de deux :

1. Machines à chambre chaude (les plus courantes pour le zinc)

• En outre, le système d'injection est immergé dans du zinc en fusion.
• Plus rapide et plus économe en énergie pour le zinc en raison de son point de fusion bas.

2. Machines à chambre froide

• La chaleur s'échappe et est acheminée à la louche dans une chambre séparée contenant du métal en fusion.
• Plus typique pour les métaux comme l'aluminium ou le magnésium.

Le choix général pour la coulée sous pression du zinc est une chambre chaude, pour des raisons de rapidité et de simplicité.

Étape 4 : Injection (remplissage de la matrice)

Objet : Il est utilisé pour remplir la cavité du moule avec du zinc fondu sous haute pression.

• Serrage : Pour éviter les fuites, les deux moitiés de la matrice sont serrées sous une forte pression.
• Injection : Le zinc en fusion est poussé (à une pression comprise entre 1 500 et 25 000 psi) dans la cavité de la filière par un plongeur.
• Temps de remplissage : Avec des millisecondes pour remplir la cavité, il y a un grand niveau de précision ainsi qu'une porosité minimale.

Résultat : Le moulage du zinc fondu avec l'un ou l'autre de ces détails complexes permet d'obtenir la forme exacte du moule.

Étape 5 : Refroidissement et solidification

Objet : Pour permettre au zinc de devenir une partie solide lorsqu'il est en fusion.

• Temps de refroidissement :  Elle est normalement de 1 à 10 secondes, en fonction de la taille et de l'épaisseur de la pièce.
• Refroidissement interne : La solidification est facilitée par la présence de canaux d'eau dans la filière.
• Gestion thermique : Un refroidissement adéquat permet d'éviter le rétrécissement, le gauchissement ou les tensions internes.

Cette étape permet de s'assurer que la pièce durcit uniformément et que les dimensions sont respectées.

Étape 6 : Ouverture de la matrice et éjection

Objet : Cela permet de retirer la pièce moulée de la matrice en toute sécurité.

• La matrice s'ouvre : Une fois refroidie, la pièce se sépare en deux moitiés.
• Pointes d'éjection : Pousser mécaniquement la coulée solidifiée hors de la cavité du moule.
• Suppression automatisée :  Pour les opérations à très haut volume, la collecte des pièces peut être effectuée par des robots ou un convoyeur.

Une éjection qui n'est pas régulière peut endommager la pièce ou l'outil, c'est pourquoi la synchronisation et la conception de l'outil sont essentielles.

Étape 7 : Découpage et dégarnissage

Objet : Pour s'assurer qu'il n'y a pas d'excès de matière (flash) lors de la coulée.

Flash : Excès de métal fin qui s'infiltre dans les plans de joint ou les évents de la filière.

Méthodes de coupe :

• Cisaillement mécanique
• Tambour vibrant
• Usinage CNC pour des tolérances serrées

Découpage automatisé de la presse : Utilisé souvent pour les grandes quantités et la vitesse, pour la cohérence.

La pièce finale doit alors répondre aux spécifications dimensionnelles et aux normes esthétiques, et cette étape permet de s'en assurer.

Étape 8 : Finition de la surface (facultatif)

Objet : Il est donc possible d'améliorer l'apparence, la résistance à la corrosion ou la fonction.

Types de finition :

• Polissage ou lustrage
• Revêtement en poudre ou peinture
• Galvanisation (chrome, nickel, laiton)
• Anodisation (pour la compatibilité avec les alliages)
• Texture ou gravure

La finition des pièces de zinc moulées sous pression est particulièrement adaptée, car les surfaces moulées sont lisses.

Étape 9 : Contrôle de la qualité et inspection

Objet : Il s'agit de s'assurer que les pièces présentent toutes les qualités esthétiques et techniques requises.

• Contrôles dimensionnels : Utiliser des pieds à coulisse, des micromètres ou des machines à mesurer les coordonnées (CMM).
• Inspection de la surface : Les défauts tels que la porosité, les fissures ou la décoloration sont contrôlés visuellement.
• Tests de performance : Il peut s'agir de la solidité, de la résistance à la corrosion ou d'essais sous contrainte.

L'industrie du bâtiment pour les applications de la coulée sous pression du zinc

C'est dans le domaine de la construction et de l'architecture que le rôle du moulage sous pression du zinc ne se dément pas, car il présente de nombreux avantages pour la fabrication des composants utilisés. Mais ces pièces sont généralement évaluées en fonction de leur résistance, de leur durabilité et de leur attrait esthétique, certaines étant appréciées pour leur fonction et d'autres pour leur apparence. Voici les principaux domaines dans lesquels le moulage sous pression du zinc est utilisé dans le secteur de la construction :

1. Quincaillerie architecturale

Diffusé à partir de la quincaillerie architecturale telle que les poignées de porte, les serrures de fenêtre, les charnières, les loquets et les supports, le zinc moulé sous pression est l'un des types de quincaillerie architecturale les plus typiques. Pour les bâtiments résidentiels et commerciaux, ces composants sont très importants du point de vue de la fonctionnalité et de l'esthétique. La capacité du zinc à prendre des formes précises et complexes permet aux fabricants de produire des designs complexes et c'est là qu'il est le plus efficace, pour la quincaillerie décorative. En outre, la résistance à la corrosion du zinc garantit que ces pièces resteront en place même dans des conditions extérieures difficiles.

Avantages pour les applications de construction :

• Rapport résistance/poids élevé
• Facilité de finition (placage, peinture)
• Longue durée de vie grâce à la résistance à la corrosion

2. Raccords et fixations pour le bâtiment

Le zinc moulé sous pression permet également de fabriquer des accessoires de construction et des éléments de fixation essentiels. Il s'agit notamment de vis, de boulons, d'écrous et de clips. Grâce à sa résistance naturelle à la rouille et à la corrosion, le zinc est un choix naturel pour les applications extérieures et intérieures. Les fixations en zinc moulé sous pression sont des composants fiables lorsqu'il s'agit de fixer des éléments dans les murs, les fenêtres et les toitures, et elles sont faciles à manipuler dans la construction.

Principaux avantages :

• Excellente résistance à la corrosion (pour une utilisation en extérieur)
• Bonne fluidité pour les formes complexes
• Economique pour la production de masse

3. Systèmes de drainage

Le moulage sous pression du zinc est parfois utilisé dans l'industrie du bâtiment pour la fabrication de systèmes de drainage tels que les tuyaux de descente, les gouttières et les couvercles de drains. Le zinc est un bon matériau pour ces applications, car il résiste bien à la corrosion de l'eau et conserve sa forme au fil du temps. La solidité du zinc et la précision du moulage sous pression permettent de produire des pièces moulées qui sont nécessaires au fonctionnement des systèmes de drainage dans un ajustement serré et une gestion efficace de l'écoulement de l'eau.

Pourquoi le zinc est-il efficace ?

• Résistance à la corrosion en milieu humide
• Durabilité à long terme
• Détail dans la capacité à concevoir et à créer des modèles complexes

4. Composants de toiture et de ventilation

Plusieurs éléments de toiture et de ventilation, tels que les solins de toit, les couvercles de ventilateurs et les tuyaux de drainage, sont également fabriqués en zinc. La résistance naturelle du métal aux intempéries et sa capacité à survivre à un large éventail de conditions environnementales différentes en font le choix idéal pour les éléments de construction utilisés à l'extérieur, tels que ceux qui sont susceptibles d'être exposés à la pluie, au vent et aux variations de température. Dans la plupart des cas, ces pièces doivent être conçues pour s'intégrer parfaitement à l'architecture du bâtiment ; la précision que permet le processus de moulage est généralement considérable.

Pourquoi est-il utilisé dans les toitures ?

• Résistance aux intempéries pour une performance à long terme
• Capacité à rester intacte à long terme
• Des pièces fonctionnelles et décoratives sont possibles en fonction de la polyvalence esthétique.

5. Solutions pour des bâtiments efficaces sur le plan énergétique et durables

La construction économe en énergie étant de plus en plus à l'ordre du jour, le moulage sous pression du zinc y contribue. La grande recyclabilité du zinc permet également aux fabricants de recycler les déchets et tout autre matériau excédentaire, ce qui évite le gaspillage et réduit les besoins en matériaux vierges. En outre, le zinc étant un matériau très durable, tous les composants durent plus longtemps et sont donc moins susceptibles de nécessiter un remplacement ou un entretien, ce qui contribue à nouveau à réduire les coûts tout au long de la durée de vie du bâtiment.

Avantages en termes de durabilité :

• Le zinc est 100% recyclable, ce qui réduit l'impact sur l'environnement, et a une longue durée de vie ; comparativement, il n'est pas nécessaire de le remplacer fréquemment.
• Processus de production très économe en énergie par rapport à d'autres métaux, car le métal est entièrement évaporé au cours du processus.

6. Éléments décoratifs dans les bâtiments

Le moulage sous pression du zinc permet également de produire d'autres pièces fonctionnelles ainsi que des pièces décoratives, notamment des médaillons, des éléments ornementaux, des ferrures de meubles et des conceptions architecturales personnalisées. Ces éléments rehaussent souvent l'aspect de l'intérieur et de l'extérieur du bâtiment, tout en étant solides et utiles. Le processus de moulage permet aux concepteurs de concevoir des produits très détaillés et visuellement attrayants qui peuvent résister à l'usage.

Qualités esthétiques et fonctionnelles :

• Flexibilité de conception pour des formes personnalisées
• Très durable, convient aux applications intérieures et extérieures
• Ils peuvent donc être facilement finis par placage ou peinture pour s'adapter au style architectural, ou confiés à des fabricants.

Avantages de la coulée sous pression du zinc par rapport à d'autres méthodes

Cette comparaison explique donc pourquoi le moulage sous pression du zinc est souvent la meilleure option pour les petites pièces métalliques dans le bâtiment.

Durabilité et impact environnemental

Le recyclage du zinc est tout à fait possible. Cependant, plus de 90% des produits en zinc moulé sous pression peuvent être récupérés et réutilisés sans dégradation substantielle des propriétés des matériaux. En effet, cela va de pair avec la tendance mondiale de l'industrie de la construction à adopter des pratiques et des certifications écologiques (notamment LEED, BREEAM).

Le zinc a également un point de fusion relativement bas, ce qui permet de traiter la ressource minérale de manière plus efficace et de réduire les dépenses énergétiques par rapport à la production d'aluminium ou d'acier, réduisant ainsi l'empreinte carbone.

Défis et considérations

Le moulage sous pression du zinc présente un certain nombre d'avantages, mais aussi quelques inconvénients auxquels il convient d'être attentif :

Limitation de la taille des composants : Les pièces de petite et moyenne taille se prêtent le mieux au moulage sous pression du zinc. Dans le cas de très grandes pièces, l'aluminium ou un autre matériau peut s'avérer plus pratique.

Coût de l'outillage : Le coût initial des matrices en acier peut souvent être excessif pour les petites séries.

Résistance à la chaleur : En raison de leur point de fusion plus bas et de leur inadaptation aux applications à haute température, les alliages de zinc ne sont pas adaptés à certains environnements.

Néanmoins, ces questions sont insignifiantes par rapport aux avantages des cas pertinents.

Potentiel futur et innovations

Les outils de conception numérique, les bâtiments intelligents et la construction modulaire dans le secteur de la construction nécessitent des composants métalliques hautement reproductibles et personnalisables. Grâce à de telles avancées, le moulage sous pression du zinc est bien placé pour répondre à ce besoin.

• Réduction du temps et du coût de l'outillage grâce à l'impression 3D d'inserts de moules.
• Conception de matrices basée sur la simulation : Amélioration de la qualité et réduction des défauts.
• Matériaux hybrides : Combinaison du zinc avec des polymères ou des céramiques pour améliorer les performances.
• Bâtiment intelligent : Capteurs et composants électroniques intégrés dans des pièces en zinc moulé sous pression pour les technologies des bâtiments intelligents.

En outre, la tendance à la préfabrication et à la construction hors site est une orientation qui correspond à la force du moulage sous pression du zinc à grande échelle, fabrication de haute précision.

Conclusion

Le moulage sous pression du zinc est une technologie sous-utilisée et très précieuse pour l'industrie du bâtiment. En tant que telle, elle présente un équilibre entre résistance, précision, esthétique et durabilité qui la rend adaptée à une myriade d'applications présentant un intérêt significatif, de la quincaillerie architecturale aux boîtiers électriques en passant par les pièces décoratives. Le zinc moulé sous pression ayant joué un rôle si important dans le passé et dans le présent, et compte tenu de l'importance croissante de la durabilité et de la rentabilité dans l'ère actuelle de la conception architecturale et du secteur de la construction en général, il ne fait aucun doute que le zinc moulé sous pression jouera un rôle encore plus important dans l'avenir de la construction. Sa capacité à répondre à toutes les exigences modernes sans compromis en termes de qualité ou de normes environnementales en fait un choix judicieux pour les constructeurs, les architectes et les fabricants.

FAQ 

1. Pourquoi le zinc est-il le métal idéal pour le moulage sous pression ?

La raison pour laquelle le zinc est idéal pour le moulage sous pression est qu'il possède une excellente fluidité, un point de fusion bas, une résistance élevée et une bonne finition de surface. En outre, il est entièrement recyclable, présente une résistance naturelle à la corrosion et est à la fois rentable et respectueux de l'environnement.

2. Dans quelles industries le moulage sous pression du zinc est-il utilisé ?

En raison de sa précision, de sa durabilité et de sa résistance à la corrosion, le moulage sous pression du zinc est largement utilisé dans les secteurs de l'automobile, de l'électronique, de la construction et de l'électroménager, pour la production de pièces telles que les garnitures, les boîtiers, les connecteurs et la quincaillerie.

3. Les pièces en zinc moulé sous pression sont-elles recyclables ?

Oui, les pièces en zinc moulé sous pression sont recyclables 100%. Ce recyclage est utile pour l'environnement et rentable, car il permet de refondre et de réutiliser les déchets et les pièces défectueuses sans détérioration de la qualité des matériaux.