Le moulage sous pression automobile est un procédé de fabrication qui consiste à injecter du métal en fusion dans des moules en acier sous haute pression pour créer des composants automobiles précis et légers. Il est largement utilisé pour produire des blocs moteurs, des carters de transmission et des pièces structurelles en alliages d'aluminium ou de magnésium, pour des raisons de résistance, de réduction de poids et de rentabilité.
Le moulage sous pression automobile est un procédé de fabrication qui crée des pièces automobiles en métal en injectant du métal en fusion dans des moules en acier sous haute pression. Ce procédé produit des formes complexes aux surfaces lisses et aux tolérances serrées.
Les constructeurs automobiles utilisent le moulage sous pression pour fabriquer des blocs moteurs, des carters de transmission, des roues et des centaines d'autres pièces. Cette méthode est plus rapide et moins coûteuse que l'usinage traditionnel pour la production en grande série.
Le procédé de moulage sous pression commence par la fusion du métal dans un four jusqu'à ce qu'il devienne liquide. Les ouvriers injectent ensuite ce métal en fusion dans un moule en acier en deux parties appelé matrice.
La machine serre les demi-moules avec des forces allant de 25 à 3,000 XNUMX tonnes. Cette pression maintient le moule fermé pendant que le métal liquide remplit la cavité.
Une fois le métal solidifié, la machine ouvre la matrice et éjecte la pièce finie. Le cycle complet dure entre 30 secondes et 2 minutes, selon la taille de la pièce.
Il existe deux principaux types de procédés de moulage sous pression utilisés dans la fabrication automobile.
Moulage sous pression en chambre froide Le four de fusion est séparé du système d'injection. Les ouvriers versent le métal en fusion dans une chambre de tir à chaque cycle.
Un piston hydraulique pousse le métal de la chambre d'injection vers la matrice à des pressions pouvant atteindre 20,000 XNUMX psi. Cette pression élevée permet de remplir des sections fines et de créer des détails précis.
Ce procédé est particulièrement efficace pour les métaux à point de fusion élevé, comme l'aluminium et le magnésium. Ces métaux endommageraient le système d'injection s'ils étaient maintenus constamment à haute température.
Chambre froide Ces machines produisent des pièces plus grandes que les systèmes à chambre chaude. Elles peuvent fabriquer des blocs moteurs pesant jusqu'à 100 kg.
La coulée sous pression en chambre chaude immerge le système d'injection directement dans le bain de métal en fusion. Un col de cygne alimente la matrice en métal liquide à chaque cycle.
Le procédé est plus rapide que la coulée en chambre froide, car le métal reste prêt dans le système. Les temps de cycle varient de 15 à 30 secondes pour les petites pièces.
Les machines à chambre chaude fonctionnent uniquement avec des métaux dont la température de fusion est inférieure à 1,000 XNUMX °F. Des températures plus élevées dissoudraient les composants d'injection en acier.
Cette méthode permet de produire des pièces plus petites et plus précises, comme des poignées de porte et des composants de tableau de bord. Ces pièces pèsent généralement moins de 10 kg.
Les trois principaux métaux utilisés dans le moulage sous pression automobile sont le zinc, l'aluminium et le magnésium. Chaque métal répond à des applications et des exigences de performance spécifiques.
Le zinc fond à 787 °C (XNUMX °F), la température la plus basse des métaux couramment utilisés pour le moulage sous pression. Ce point de fusion bas permet d'économiser de l'énergie et de prolonger la durée de vie des matrices.
Les alliages de zinc offrent la plus grande résistance de tous les matériaux de moulage sous pression. Les pièces peuvent supporter des charges allant jusqu'à 60,000 XNUMX PSI sans se rompre.
Le métal s'écoule facilement en fines sections de seulement 0.02 mm. Cette propriété permet aux fabricants de créer des garnitures décoratives complexes et de petites pièces mécaniques.
Le zinc coûte plus cher au kilo que l'aluminium, mais sa transformation nécessite moins d'énergie. Son coût de fabrication total est souvent égal, voire supérieur, à celui de l'aluminium pour les petites pièces.
L'aluminium représente 80 % du poids de toutes les pièces moulées sous pression automobiles. Ce métal allie légèreté, robustesse et résistance à la corrosion.
Les pièces en aluminium pèsent 65 % de moins que les composants en acier de même taille. Ce gain de poids permet d'améliorer la consommation de carburant de 6 à 8 % sur les véhicules modernes.
Le métal résiste à des températures allant jusqu'à 300 °C dans les applications moteurs. L'aluminium est également un excellent conducteur de chaleur, ce qui le rend idéal pour les radiateurs et les dissipateurs thermiques.
Les pièces automobiles courantes en aluminium comprennent les blocs moteurs, les carters de transmission, les roues et les composants de suspension. Une voiture typique contient entre 300 et 400 kg de pièces moulées en aluminium.
Le magnésium est le métal de structure le plus léger utilisé en moulage sous pression. Ses pièces pèsent 33 % de moins que l'aluminium et 75 % de moins que l'acier.
Les constructeurs automobiles utilisent du magnésium pour les tableaux de bord, les volants et les armatures de siège. Ces pièces réduisent le poids du véhicule sans compromettre la sécurité.
Le métal s'usine facilement après la coulée, permettant des dimensions finales précises. Le magnésium amortit également mieux les vibrations que l'aluminium ou l'acier.
Le traitement du magnésium nécessite des équipements de sécurité spécifiques, car ce métal peut brûler. Malgré ce défi, son utilisation augmente de 15 % par an, les constructeurs automobiles poursuivant des objectifs de réduction de poids.
Le moulage sous pression permet d'atteindre des tolérances aussi serrées que ± 0.002 pouce sans usinage supplémentaire. Les pièces sortent des moules avec des surfaces lisses qui ne nécessitent souvent qu'une simple finition.
Le moulage sous pression moderne crée des parois aussi fines que 0.5 mm tout en préservant l'intégrité structurelle. Les ingénieurs peuvent concevoir des pièces avec des passages internes, des contre-dépouilles et des courbes complexes, impossibles avec d'autres méthodes.
Les pièces moulées sous pression offrent un rapport résistance/poids supérieur à celui de nombreuses autres méthodes de fabrication. Un bloc moteur en aluminium moulé sous pression pèse 50 % de moins que la fonte, tout en conservant une résistance comparable.
Les systèmes automatisés de moulage sous pression produisent entre 500 et 1,000 XNUMX pièces par heure avec une variation minimale. Chaque pièce répond aux spécifications au millième de pouce près.
Le moulage sous pression génère un minimum de déchets, avec un taux d'utilisation de la matière supérieur à 95 %. L'excédent de métal provenant des portes et des débordements est directement renvoyé au four de fusion.
Les pièces conservent leurs dimensions malgré les variations de température et les contraintes mécaniques. Cette stabilité assure la fermeture parfaite des portes et le bon fonctionnement du moteur tout au long de la vie du véhicule.
Bien que les moules de moulage sous pression coûtent entre 50,000 500,000 et XNUMX XNUMX dollars, ils produisent des millions de pièces avant d'être remplacés. Le coût par pièce diminue considérablement avec le volume.
Les véhicules modernes contiennent des dizaines de composants moulés sous pression. Voici leurs principales applications :
