Avantages et inconvénients du moulage par compression

Le moulage par compression est un processus avancé dans lequel le métal en fusion est injecté dans un moule puis immédiatement soumis à une haute pression continue pour se solidifier et prendre forme. Il combine les avantages de la fonderie (capable de former des formes complexes) et du forgeage (structure dense). Voici une analyse détaillée de ses avantages et inconvénients :

Les principaux avantages du Squeeze Casting :

L'essence du moulage par compression est la suivante : une certaine quantité d'aluminium fondu est injectée dans la cavité du moule, puis une pression énorme est directement appliquée au métal liquide ou semi-solide, le faisant refroidir et se solidifier sous haute pression pour prendre forme. Ses avantages se traduisent principalement dans l’aspect « qualité » :

1. Propriétés mécaniques inégalées – avantage essentiel

C’est l’avantage le plus important du squeeze casting. Étant donné que les métaux se solidifient sous une pression extrêmement élevée (généralement 50 à 100 MPa, voire plus), leur structure interne subit des changements fondamentaux :

• Élimination des défauts : l'alimentation forcée à haute pression a complètement éliminé les défauts de coulée traditionnels tels que les cavités de retrait et la porosité.

• Affinement des grains : Solidifiés sous haute pression, les grains sont significativement affinés et la structure est extrêmement dense.

• Excellentes performances : la résistance à la traction, la limite d'élasticité, l'allongement (ténacité) et la résistance à la fatigue de ses produits sont tous très élevés, approchant ou même atteignant le niveau des mêmes pièces forgées en alliage d'aluminium, bien supérieures aux moulages sous pression et aux moulages par gravité traditionnels.

2. Il peut être renforcé par traitement thermique et également soudé

En raison de la présence d'un grand nombre de bulles à haute pression à l'intérieur des pièces moulées sous pression en aluminium traditionnelles, la dilatation thermique pendant le traitement thermique peut provoquer des bulles et des déformations en surface. Par conséquent, le traitement thermique en solution (traitement T6) ne leur convient généralement pas.

Les pièces moulées par compression ont une structure dense et sans pores internes, elles peuvent donc subir des traitements thermiques complets tels qu'un traitement de mise en solution (T4) et un traitement de vieillissement (T5/T6) comme les pièces forgées pour améliorer encore leurs performances. Ils ont également une bonne soudabilité. Afin de maximiser le potentiel du matériau et d’améliorer encore sa résistance et sa dureté.

3. Il présente une finition de surface élevée et une bonne précision dimensionnelle

La haute pression fait adhérer étroitement l'aluminium fondu à la surface de la cavité du moule, ce qui donne une surface de produit lisse avec des contours clairs et des textes et motifs nets. Solidifié sous haute pression, il présente un retrait faible et stable, une précision dimensionnelle élevée et une bonne consistance du produit.

4. Taux d'utilisation élevé des matériaux et formation quasi nette

Par rapport au forgeage traditionnel (qui nécessite de grosses billettes et de grandes surépaisseurs d'usinage), le moulage par compression peut former des pièces de forme complexe en une seule fois, réduire le volume de traitement ultérieur, avoir un taux d'utilisation élevé des matériaux et réduire les coûts.

5. Large gamme d'applications

Il s'applique non seulement aux alliages d'aluminium courants, mais convient également parfaitement à la production d'alliages d'aluminium à haute résistance, de composites à matrice d'aluminium et d'autres matériaux difficiles à usiner, qui peuvent exploiter pleinement le potentiel de haute performance de ces matériaux.

Les principaux inconvénients du Squeeze C asting :

Tout comme ses avantages sont très importants, ses inconvénients sont tout aussi évidents et, dans une large mesure, ces inconvénients limitent ses domaines d’application.

1. Coûts élevés des équipements et des moules (la principale limitation)

• Investissement énorme en équipement :

La machine de coulée par compression nécessite non seulement une force de serrage énorme pour empêcher le moule de se dilater, mais nécessite également un système de compression à haute pression supplémentaire (cylindre principal) pour appliquer une pression extrêmement élevée. Cela rend la structure de l'équipement complexe, difficile à fabriquer et extrêmement coûteuse, dépassant de loin celle des machines de moulage sous pression traditionnelles et des machines de coulée par gravité.

• Coût élevé du moule et conception et fabrication complexes :

(1) Exigences de résistance extrêmement élevées : les moules (en particulier les noyaux et les curseurs) doivent résister à une pression élevée continue allant jusqu'à 100 MPa ou plus, ainsi qu'à des cycles thermiques intenses. Par conséquent, il faut utiliser un acier pour matrices de travail à chaud de première qualité, ce qui est coûteux.

(2) Conception complexe : le moule doit intégrer le poinçon , un système de refroidissement complexe et un système d'échappement, ce qui rend la conception difficile et le cycle de développement long.

(3) Défi de durée de vie : sous l'impact répété d'aluminium fondu à pression extrêmement élevée et à haute température, le moule est sujet à la fatigue thermique (entraînant des fissures), à l'usure et à la déformation du poinçon, et les coûts de maintenance et de remplacement du moule sont très élevés.

2. L'efficacité de la production est relativement faible

Le temps de cycle est relativement long : contrairement au remplissage à grande vitesse du « deuxième poinçon » du moulage sous pression haute pression traditionnel, le processus principal du moulage par compression est le « coulage lent et le maintien de la pression à long terme sous haute pression ». Pour garantir que la pièce puisse se solidifier sous pression sur toute la section transversale, un temps de maintien relativement long est nécessaire. Il en résulte que le cycle de production de ses pièces individuelles est beaucoup plus long que celui du moulage sous pression traditionnel et que l'efficacité de la production est relativement faible.

3. Les exigences de contrôle des paramètres de processus sont extrêmement strictes

Sensibilité élevée des paramètres : des paramètres tels que la température de coulée de l'aluminium fondu, la température du moule, le moment où la pression commence à être appliquée, l'amplitude de la pression et le temps de maintien doivent être précisément adaptés. Le moindre écart d’un paramètre peut entraîner la mise au rebut du produit.

Par exemple, si la pression est appliquée trop tôt, l’aluminium fondu peut éclabousser. Si la pressurisation est trop tardive, l'aluminium fondu a formé une coque dure et a perdu son effet de pressurisation. Cela nécessite que les entreprises possèdent des connaissances et une expérience technologiques approfondies, ainsi qu'un contrôle automatisé précis du processus de production.

4. La complexité de la forme de la pièce est limitée

Il est difficile de produire des pièces extrêmement complexes : bien qu'il puisse former des formes plus complexes que le forgeage, par rapport au moulage sous pression traditionnel, il est très difficile de produire des pièces avec des cavités profondes, de petites positions osseuses, des parois minces complexes ou nécessitant plusieurs arrachages de noyau.

Une pression extrêmement élevée met à rude épreuve la résistance du noyau du moule et du mécanisme d’extraction du noyau. Les noyaux fins sont sujets à la rupture sous haute pression. Pendant ce temps, bien que le métal en fusion ait une bonne fluidité sous haute pression, les structures à parois minces trop complexes peuvent ne pas être entièrement remplies en raison de la solidification rapide.

5. Le risque d'investissement initial est élevé et le domaine d'application est spécialisé

En raison de son coût élevé et de sa lenteur, le procédé de moulage par compression n'est pas adapté aux pièces de coque ordinaires avec de grands volumes de production mais de faibles exigences en matière de propriétés mécaniques (telles que les boîtiers d'appareils électriques, les jouets, etc.).

Spécificité d'application : il est principalement utilisé dans les composants structurels clés ayant des exigences de performances extrêmes, tels que les pièces de sécurité automobile (bras de commande, fusées d'essieu), les composants aérospatiaux, etc. Cela signifie que son marché cible est relativement de niche. Avant d'investir dans cette technologie, les entreprises ont besoin de commandes claires et stables pour des produits haut de gamme ; sinon, le risque d'investissement est très élevé.

Le plus grand avantage du moulage par compression est qu'« il peut produire des pièces en aluminium ayant les propriétés des pièces forgées dans une méthode de formage proche de celle du moulage. » Cela a sacrifié une certaine efficacité de production et augmenté le coût initial, mais a entraîné un saut qualitatif dans la résistance, la ténacité et la fiabilité du produit. Il s’agit d’un choix de procédé idéal pour la fabrication de composants structurels en aluminium haut de gamme et hautes performances.