Alliages d’aluminium avancés dans la fonte sous pression sur mesure pour pièces haute performance

La Custom Metal Die Casting est une méthode bien établie pour produire des composants métalliques légers, complexes et très précis en quantités de production économiquement viables. Cependant, la performance des composants moulés sous pression repose sur bien plus que la seule méthodologie de la moulage. La performance du système de moulage sous pression sera influencée par la composition de l’alliage, la conception des composants, la conception de la puce, les conditions thermiques et d’écoulement, ainsi que leur contrôle, ainsi que les opérations post-coulée.

À mesure que les produits automobiles, électroniques, automatisés et liés à l’énergie deviennent plus compacts et fonctionnellement intégrés, les fabricants examinent des alliages d’aluminium offrant un meilleur équilibre entre résistance, stabilité, performance thermique, résistance à la corrosion et coût.

Que sont les alliages avancés pour la fonte sous pression de l’aluminium ?

« Alliage d’aluminium avancé » ne désigne pas une seule qualité spécifique. Dans la Custom Metal Die Casting, il décrit généralement un alliage sélectionné ou ajusté selon une exigence de performance particulière.

• Résistance mécanique supérieure : Mieux adaptée à la fabrication de supports, de boîtiers, de supports et d’autres pièces soumises à des charges mécaniques.

• Conductivité thermique améliorée : Mieux adaptée à l’utilisation comme dissipateurs thermiques, boîtiers pour LED et autres appareils électroniques, composants de gestion thermique et à l’intérieur de boîtiers conducteurs thermiques.

• Meilleure résistance à la corrosion : Mieux adaptés à l’extérieur, à l’humidité et/ou à agressivité chimique, on trouve des alliages à composition contrôlée et à faible teneur en cuivre.

• Meilleure ductilité : Meilleure pour les parties qui doivent pouvoir se déformer sans se casser.

• Meilleure étancheté à la pression : Mieux adaptée aux carters de pompe, aux carters des vannes et à d’autres composants de contrôle des fluides nécessitant une surface d’étanchéité stable.

• Résistance à l’usure améliorée : Mieux adaptés aux alliages plus durcis, en rotation ou en position d’usure abrasive.

L’aluminium est le métal le plus utilisé en fonte sous pression en raison de sa combinaison de faible poids, de résistance à la corrosion, de bonne conductivité et d’une bonne stabilité dimensionnelle.

Comment les éléments d’alliage affectent la performance

Bien que léger et si conducteur, l’aluminium pur n’est généralement pas applicable à la fonte sous pression standard à haute pression. L’alliage améliore la fluidité, la résistance, la dureté, la stabilité et la performance en service.

Silicium

Le silicium améliore la fluidité, aidant la Custom Metal Die Casting à combler les parois fines et les caractéristiques complexes. Il peut également réduire la retrait et le craquelage à chaud, bien que l’usinage, la ductilité et la performance thermique restent des considérations importantes.

Cuivre

Le cuivre peut améliorer la résistance, la dureté et les performances à haute température, mais des niveaux plus élevés peuvent réduire la résistance à la corrosion.

Magnésium

Le magnésium augmente la résistance et la dureté, tandis que des quantités excessives peuvent réduire la ductilité.

Fer et manganèse

Le fer peut réduire l’adhérence de l’aluminium à l’acier à la matrice, tandis que le manganèse aide à gérer les phases contenant du fer. Les deux nécessitent une composition contrôlée pour maintenir la qualité de la moulage.

Comparaison des options courantes d’alliages d’aluminium

Le tableau suivant offre un aperçu général de la sélection. Les propriétés réelles varieront selon les limites de composition, les paramètres de coulée, la géométrie, la porosité, les traitements thermiques et les protocoles de test.

Selon la NADCA, l’A380 est classé comme un alliage très utilisé. L’A383 est généralement utilisé pour des formes complexes, l’A413 pour les composants nécessitant une étanchéité à la pression, et l’A390 pour les applications nécessitant une résistance à l’usure.

La gestion thermique est une considération au niveau du système

L’une des applications croissantes de la moulage sous pression sur mesure des métaux est la gestion thermique pour les véhicules électriques et hybrides électriques, les télécommunications, les systèmes de données, l’électronique de puissance, l’éclairage LED et d’autres domaines connexes.

La gestion thermique est souvent le moteur de conception dominant pour la coulée des composants. Un alliage thermiquement conducteur plus élevé ne signifie pas que le composant moulé sera une meilleure pièce de refroidissement. Voici quelques-unes des autres considérations de conception :

Conception des ailettes : Le transfert de chaleur peut être amélioré avec des ailettes plus longues et plus fines.

• Épaisseur de paroi constante : Maintenir une épaisseur de paroi uniforme permet un meilleur écoulement du métal et réduit la présence de points chauds.

• Interfaces plates : Les composants qui doivent être en contact rapproché doivent avoir des surfaces usinées avec précision pour offrir un meilleur contact.

• Flux d’air : Les ailerons doivent être positionnés pour optimiser la méthode de refroidissement préférée, naturelle ou forcée.

• Traitements de surface : Évaluer la capacité du revêtement à protéger contre la corrosion et sa capacité de transfert thermique.

Selon les documents techniques de la NADCA, des niveaux plus faibles de silicium peuvent augmenter le degré de remplissage et le niveau de conductivité thermique, mais peuvent aussi affecter négativement le remplissage des sections fines et complexes en métal moulé à haute pression. Il est important d’évaluer les caractéristiques d’un matériau et la conception d’un composant afin de déterminer la fonctionnalité de l’alliage.

L’importance de la conception des moules

L’utilisation d’alliages de haute qualité ne garantit pas la production de moules de qualité si la conception du moule est mauvaise dans le contrôle du remplissage, de la ventilation, du refroidissement et de l’éjection des moules.

Considérez les éléments suivants lors de la conception d’un moule :

• Conception de la porte et du conduit : Le métal doit traverser la cavité dans le temps de remplissage souhaité et avec un débit contrôlé.

• Conception de débordement et de ventilation : Il doit y avoir une voie d’évacuation suffisante pour que l’air sorte de la cavité.

• Refroidissement équilibré : L’objectif doit être de réduire la différence de temps de solidification entre les sections fines et épaisses.

• Emplacement de la ligne de séparation : L’apparence de la pièce, ainsi que le degré de découpe et de flash seront affectés par la ligne de séparation. De plus, la ligne de séparation influencera les dimensions de la pièce.

• Conception par éjection : La conception doit permettre l’éjection de la pièce moulée sans déformation ni dommage évident par éjection.

• Conception de l’épaisseur des parois : Lorsque possible, la conception doit inclure des changements progressifs d’épaisseur plutôt que des changements brusques.

La North American Die Casting Association recommande des changements progressifs d’épaisseur lorsque cela est possible et l’utilisation de changements progressifs d’épaisseur afin de maintenir une épaisseur de paroi aussi uniforme que possible.

SunOn's Politique de conception et de fabrication

Pour les projets de moulage sous pression en aluminium, SunOn prend en charge un flux de travail allant de la revue des dessins à la conception pour la fabricabilité (DFM), l’analyse du flux de moule, la conception de moules, la fabrication d’outils, l’assemblage, les essais T1, la modification du moule et le début de la production. En plus de l’aluminium, SunOn propose également la fonte sous pression au zinc pour les applications nécessitant des détails plus fins et des parois plus fines.

Pour leProjet de moulage sous pression sur mesure en métal, SunOn peut fabriquer les moules suivants :

• Acier 8407 : Lorsque les propriétés du cycle thermique, de la polissabilité et de la résistance à la résistance à la détection thermique sont d’intérêt principal, cet acier à outils à chaud peut être utilisé.

• Acier H13 : Cet acier offre une excellente combinaison de résistance et de ténacité à la chaleur avec une résistance à la fatigue thermique.

• 4Cr5MoSiV1 : Cet acier peut convenir aux parties externes du moule qui peuvent subir de fortes températures et pressions, et être exposées à l’érosion.

• Inserts béryllium-cuivre : L’utilisation d’inserts localisés peut accélérer le transfert de chaleur dans les sections du moule où le refroidissement est relativement lent.

SunOn intègre également la coulée sous pression, la fabrication de moules, l’usinage CNC, le débavurage, la finition de surface, l’assemblage et l’emballage. Ses procédés incluent la fabrication d’outils DFM, CNC/EDM, les essais de moule, ainsi que les inspections et ajustements T1 avant la production.

Choisir un alliage pour un nouveau projet

Une décision bien informée sur l’alliage de Custom Metal Die Casting doit prendre en compte l’ensemble de l’environnement opérationnel plutôt que d’une seule valeur.

Avant que l’équipe projet puisse déterminer un alliage approprié, elle doit déterminer les éléments suivants :

• Charges mécaniques : différents types d’exigences doivent être pris en compte, notamment statique, choc, vibration et fatigue.

• Température de fonctionnement : il faut prendre en compte les températures de fonctionnement typiques et atypiques (de pointe).

• Exposition : considérez l’exposition à l’humidité, au sel, aux produits chimiques et/ou à l’extérieur.

• Thermique : Prendre en compte les éléments nécessaires pour la gestion thermique, par exemple l’élimination de la chaleur.

• Dimension : considérer à la fois les tolérances fonctionnelles et d’autres dimensions moins critiques.

• Finition : prendre en compte à la fois le traitement de surface requis et sa compatibilité avec l’alliage.

• Volume : considérez les coûts de production (outillage, cycle et entretien) ainsi que la durée de vie attendue du moule.

Derniers mots

Choisir un alliage d’aluminium avancé pour la coulée sous pression signifie peser la stabilité, la résistance, la ductilité, la résistance à la corrosion et la conductivité par rapport au coût et à la facilité de finition.

La réussite de la conception des pièces nécessite de coordonner la sélection des alliages, la géométrie des pièces, la conception du moule et du système de filtres, les paramètres de procédé et l’inspection, le tout dans le cadre d’un plan intégré. L’alignement du concepteur, du fournisseur de matériaux et du fabricant de la fonte sous pression dès le début du processus de conception aidera à la coordination et à l’évitement de modifications des outillages.

FAQ

Q1. Les moulages sous pression en aluminium sont-ils résistants à la corrosion ?

La plupart des alliages d’aluminium présentent un certain degré de résistance à la corrosion. Cependant, différents alliages connaissent des niveaux de performance différents.

Q2. Pourquoi les alliages d’aluminium sont-ils préférés pour la coulée sous pression ?

Les alliages d’aluminium sont préférés en raison de la combinaison de faible densité, de grande résistance, de résistance à la corrosion et de bonne conductivité thermique.

Q3. Quel alliage d’aluminium est le plus couramment utilisé pour la moulée sous pression ?

ADC12 est l’alliage le plus courant pour la moulerie sous pression, car c’est l’un des alliages les plus équilibrés en termes de calibrabilité, de résistance et de usinabilité.

Q4. Quel est le rôle du silicium dans les alliages d’aluminium pour la fonte sous pression ?

Le silicium augmente la fluidité du métal en fusion et aide à remplir les sections fines et les formes complexes.

Q5. Quelles propriétés le cuivre apporte-t-il aux alliages d’aluminium ?

Le cuivre améliore la résistance et la dureté de l’alliage à température ambiante et à des températures élevées.