Des composants de précision sous le capot de votre voiture aux boîtiers robustes des appareils ménagers et même de votre smartphone, de nombreux produits modernes partagent un processus de fabrication commun : le moulage sous pression d'aluminium. Cette technique polyvalente est devenue indispensable dans toutes les industries en raison de sa combinaison unique d'efficacité et de précision.

Le moulage sous pression d'aluminium est un procédé de fabrication à haut rendement dans lequel un alliage d'aluminium en fusion est injecté à grande vitesse dans des moules de précision sous une pression importante. Cette méthode permet une production rapide et à grande échelle de composants avec une excellente précision dimensionnelle et des finitions de surface lisses.

Comparé aux autres méthodes de moulage telles que le moulage au sable ou le moulage par gravité, le moulage sous pression d'aluminium offre des avantages distincts :

• Précision dimensionnelle supérieure :Réduit le besoin d'opérations d'usinage secondaires
• Qualité de surface exceptionnelle :Produit des composants avec des finitions lisses qui nécessitent souvent un post-traitement minimal
• Flexibilité de conception :Capable de produire des géométries complexes et des composants à parois minces

Pour répondre aux exigences du moulage sous pression à grande vitesse, des alliages d'aluminium spécialisés avec une fluidité améliorée ont été développés. Ces compositions diffèrent des alliages de moulage d'aluminium standard, incorporant souvent des éléments comme le fer (Fe). Bien que généralement considéré comme une impureté dans les alliages conventionnels, le fer joue un rôle essentiel dans le moulage sous pression en empêchant l'adhérence métal-moule, un phénomène connu sous le nom de « soudure ».

Alors que les procédés de moulage ont traditionnellement du mal avec la précision, le moulage sous pression d'aluminium atteint une précision dimensionnelle remarquable, atteignant généralement des tolérances de qualité IT13-IT15 ou supérieures. Cette précision rend le procédé idéal pour les applications de production de masse.

Environ 90 % des produits moulés sous pression en aluminium utilisent l'alliage ADC12, apprécié pour sa combinaison équilibrée de caractéristiques de moulage, de propriétés mécaniques et de résistance à la corrosion. Cet alliage est devenu la norme de l'industrie pour la plupart des applications.

Bien que l'aluminium offre une bonne résistance inhérente, les composants moulés sous pression subissent souvent des traitements de surface pour améliorer encore les propriétés mécaniques. Ces procédés augmentent non seulement la résistance, mais améliorent également la résistance à la corrosion et les caractéristiques d'usure.

Les composants en aluminium moulés sous pression présentent des différences microstructurales distinctes entre les régions de surface et les régions intérieures. La surface forme une « couche de trempe » - une structure dense et dure (dureté d'environ Hv110) résultant d'un refroidissement rapide. L'épaisseur de cette couche varie en fonction de la géométrie du composant et de la température du moule, les sections plus minces et les moules plus froids produisant des couches de trempe plus épaisses.

Les régions intérieures, qui refroidissent plus lentement, développent des microstructures plus grossières avec une plus grande porosité et une dureté inférieure (Hv85-90). La couche de trempe a un impact significatif sur les performances mécaniques, les couches plus épaisses améliorant généralement la résistance à la traction et l'allongement. Des précautions doivent être prises lors de l'usinage pour préserver cette zone de surface critique.

La résistance de l'aluminium moulé sous pression est généralement mesurée à l'aide d'éprouvettes standard ASTM, qui présentent des défauts minimes dans leurs sections parallèles. Cependant, la résistance réelle des composants est souvent inférieure à ces valeurs idéales, comme le montre cette comparaison pour l'alliage ADC12 :

Divers traitements de surface peuvent améliorer les propriétés de l'aluminium moulé sous pression :

• Revêtements cuivre + silicium :Améliorent la résistance pour les applications aérospatiales
• Revêtements au manganèse :Améliorent la résistance à la corrosion et l'usinabilité
• Revêtements au magnésium :Renforcent la résistance à la corrosion pour les applications marines
• Galvanoplastie au zinc :Augmente considérablement la résistance dans les applications exigeantes

L'aluminium moulé sous pression présente généralement une résistance plus élevée que les équivalents moulés au sable ou en moule permanent en raison des vitesses de refroidissement plus rapides et des microstructures plus fines.

Le moulage sous pression d'aluminium offre six principaux avantages :

1. Capacité de production de masse
2. Haute précision dimensionnelle
3. Finitions de surface supérieures
4. Capacité à produire des composants à parois minces
5. Polyvalence des matériaux
6. Plusieurs options de traitement de surface

La technique présente plusieurs défis :

1. Formation de porosité due à l'air et aux gaz piégés
2. Coûts d'outillage élevés
3. Résistance et ténacité relativement faibles
4. Exigence d'angles de dépouille
5. Difficulté à produire des contre-dépouilles
6. Impraticabilité économique pour les petites séries de production

Les moules de moulage sous pression pour l'aluminium utilisent généralement des matériaux tels que :

• Aciers à outils à haute dureté à chaud
• Matériaux résistants à la fatigue thermique
• Alliages avec une bonne conductivité thermique

Les matériaux de moule idéaux doivent résister aux cycles thermiques extrêmes du procédé (métal en fusion à 600-700 °C en contact avec des surfaces de moule à 450-550 °C) tout en résistant à la soudure.

Le procédé de moulage sous pression comprend :

1. Évaluation de la faisabilité de la conception
2. Analyse de la solidification
3. Fabrication de moules de précision
4. Fusion et préparation des alliages
5. Injection haute pression
6. Opérations de finition

Bien que l'aluminium résiste naturellement à la corrosion, les méthodes de protection comprennent :

• Anodisation (à l'exclusion des alliages de moulage)
• Galvanoplastie
• Revêtements de conversion chimique

Les principaux alliages de moulage sous pression d'aluminium comprennent :

• ADC12 :La norme de l'industrie (90 % de la production) avec un excellent équilibre des propriétés
• ADC10 :Teneur en cuivre plus élevée pour une résistance améliorée
• AlSi9Cu3 :Système silicium-cuivre avec de bonnes propriétés mécaniques
• AlMg9 :Alliage riche en magnésium avec une excellente résistance à la corrosion

Les composants en aluminium moulés sous pression jouent un rôle essentiel dans :

• Automobile :Blocs-moteurs, boîtiers de transmission
• Électronique grand public :Cadres de smartphones, composants informatiques
• Équipement industriel :Boîtiers de machines, composants structurels
• Appareils ménagers :Pièces de lave-linge, composants de réfrigérateur