14 conseils de conception pour réussir vos projets de fonderie sous pression

Le moulage sous pression offre productivité, précision et qualité de surface pour la production en grande série de composants métalliques, mais son succès repose en grande partie sur la conception des pièces, qui doit tenir compte des lois physiques du remplissage et de la solidification rapides sous pression. Des défauts de conception, tels qu'une épaisseur de paroi irrégulière, des angles vifs, une concentration de masse excessive ou des tolérances trop serrées, entraînent des défauts de remplissage, de la porosité, des retraits, des déformations, des fissures et une usure prématurée du moule, ce qui augmente les coûts et les rebuts. Suivre ces recommandations dès les premières étapes de la conception garantit des pièces moulées sans défaut, des performances mécaniques optimales et un équilibre optimal entre fonctionnalité et facilité de fabrication.

Epaisseur

Si l'épaisseur de paroi d'une pièce moulée sous pression est trop faible, le remplissage est difficile lors de la coulée. Moulage sous pressionUne épaisseur de paroi excessive peut facilement entraîner un remplissage insuffisant. Si elle est trop importante, des grains internes grossiers risquent de se former, provoquant des défauts tels que des retassures et de la porosité. De plus, des retassures de surface peuvent apparaître, réduisant les propriétés mécaniques de la pièce moulée sous pression. Les pièces à parois minces offrent une bonne densité, améliorant ainsi la résistance et la tenue à la pression. Des parois trop épaisses augmentent également le poids de la pièce et la quantité de métal consommée, ce qui accroît les coûts. En général, l'épaisseur de paroi des pièces moulées sous pression ne doit pas dépasser 5 mm.

Épaisseur de paroi des alliages d'aluminium, de magnésium et de zinc (unité : mm)

Si certaines zones de la pièce sont excessivement épaisses, il convient d'opter pour une conception évidée afin d'obtenir une épaisseur de paroi uniforme. Cette méthode permet d'éviter les défauts de retrait dans les zones épaisses tout en réduisant le poids de la pièce.

Transitions douces aux changements d'épaisseur

L'épaisseur de paroi de chaque section transversale d'une pièce moulée sous pression doit être uniforme ou aussi proche de l'uniformité que possible. Lorsque des contraintes fonctionnelles ou autres empêchent une uniformité parfaite, le rapport épaisseur/minceur ne doit pas excéder 3:1. Des transitions progressives (conicité ou rayon) doivent être prévues afin d'éviter les variations d'épaisseur brutales ; à défaut, l'écoulement du métal en fusion risque d'être perturbé, entraînant des marques d'écoulement ou des défauts de solidification. De plus, des temps de solidification différents entre les sections épaisses et minces génèrent des contraintes internes irrégulières, susceptibles de provoquer des fissures ou des déformations. En cas de transitions d'épaisseur abruptes, l'ajout d'une conicité ou d'un rayon est recommandé pour assurer une transition en douceur.

Dans la figure ci-dessus, le modèle n°a est le pire, le modèle n°d est le meilleur.

Nombre minimum de trous

Diamètre minimal et profondeur maximale des trous pour les alliages d'aluminium, de magnésium et de zinc (unité : mm)

Si un trou est plus petit ou plus profond que les valeurs du tableau, il peut tout de même être partiellement formé lors du moulage sous pression (comme marque pilote) puis fini par usinage, bien que cela augmente le coût de la pièce.

Il faut également tenir compte de la distance entre les trous, entre les trous et les rainures, et entre les trous et les bords afin de garantir que la matrice soit suffisamment résistante pour supporter l'impact et les fortes contraintes thermiques dues au métal en fusion à haute température.

Évitez les sections trop fines

Les sections minces des matrices ont une faible résistance et sont sujettes à la déformation, à la flexion ou à la rupture sous l'effet de températures élevées.

Travers de porc

Les nervures servent principalement à renforcer les pièces, à prévenir les déformations et, secondairement, à faciliter l'écoulement du métal en fusion. Les dimensions recommandées des nervures sont indiquées dans le tableau ci-dessous.

Tableau des dimensions recommandées pour les côtes (unité : mm)

1. Évitez les conceptions à plaques plates ; l'ajout de nervures améliore la résistance de la pièce.
2. Les nervures peuvent faciliter l'écoulement du métal en fusion ; leur orientation doit être alignée sur la direction d'écoulement du métal.
3. Le placement des côtes doit être raisonnable, symétrique et uniformément réparti.
4. Évitez une accumulation excessive d'épaisseur au niveau des jonctions costales.

Angles de dépouille

En raison des différences d'adhérence entre les trois alliages de fonderie sous pression courants et le moule, les angles de dépouille typiques sont :

• Alliages d'aluminium : adhérence maximale → dépouille interne généralement de 1°
• Alliages de magnésium : adhérence légèrement inférieure à celle de l’aluminium → dépouille interne généralement de 0.75°
• Alliages de zinc : adhérence minimale → dépouille interne généralement de 0.5°

Les angles de dépouille externes peuvent être le double des angles de dépouille internes afin de garantir que la pièce moulée reste du côté du noyau lors de l'éjection.

Conception de rayon de congé

Évitez les angles vifs extérieurs. Ces derniers entraînent non seulement un sous-remplissage, une faible densité et une faible résistance, mais présentent également des risques pour la sécurité en raison des arêtes vives.

• Congés internes – évitez les angles vifs internes. Les rayons de congé aux jonctions entre parois ont une incidence significative sur les performances, la qualité et la durée de vie de la matrice des pièces.
• Améliorer l'écoulement du métal en fusion, réduire les turbulences, optimiser la capacité de remplissage et faciliter l'évacuation des gaz.
• Les angles vifs provoquent une concentration des contraintes, entraînant des fissures ou une rupture prématurée sous charge.

Lorsque le plaquage est nécessaire, les congés assurent un revêtement uniforme et empêchent l'accumulation de matière dans les angles vifs.

Le rayon de congé interne est généralement égal à l'épaisseur de la paroi. Il ne doit pas être excessivement grand, car cela crée des zones localement épaisses sujettes au retrait, à la porosité et aux retassures de surface.

Patron

• Évitez de placer les bossages trop près des murs ou les uns des autres. Leur conception doit respecter les principes d'épaisseur uniforme des murs et éviter toute épaisseur excessive localisée.

• Réduisez la hauteur du bossage au minimum. Une hauteur excessive réduit la résistance et gêne le remplissage.
• Ajoutez des nervures autour des boss. Les nervures augmentent la force du boss et facilitent le remplissage ; évitez les boss isolés.

• Repenser les bossages inclinés pour simplifier la structure de la matrice. Une optimisation adéquate de ces bossages permet de simplifier la matrice et d'en réduire le coût.

Texte/Personnages

• Les caractères doivent être en relief par rapport à la surface de la pièce. Cela réduit les coûts d'usinage et de maintenance des matrices.
• Les dimensions des caractères doivent garantir un remplissage correct. La largeur minimale d'un caractère est de 0.25 mm, sa hauteur d'environ 0.25 à 0.5 mm, avec un angle de dépouille de 10°. Il est généralement déconseillé de placer les caractères sur les parois latérales, car cela crée des contre-dépouilles qui empêchent leur éjection.

Threads

• Évitez les threads externes à thread complet.
• Les threads internes ne doivent pas être convertis directement.

Faciliter l'élimination des bavures et des grilles

• Évitez les angles aigus entre les parois des pièces et la ligne de séparation.

• Simplifiez la géométrie des pièces pour éviter les formes complexes des lignes de séparation qui compliquent l'ébavurage.

Tolérances

La ligne de séparation et les glissières de noyau influencent la précision des tolérances dimensionnelles.

Sous réserve du respect des exigences fonctionnelles, assouplir autant que possible les exigences de tolérance :

• Des tolérances plus strictes nécessitent des tolérances de matrice plus strictes → un coût de matrice plus élevé
• La durée de vie de la matrice est réduite.
• Un entretien et un remplacement fréquents des matrices sont nécessaires.
• Des contrôles dimensionnels plus fréquents et des taux de rebut plus élevés → augmentation du coût des pièces

Pour éviter l'usinage, les tolérances doivent être aussi larges que possible. Éviter l'usinage réduit le coût des pièces.

Choisissez judicieusement la ligne de séparation afin d'améliorer la précision dimensionnelle critique :

• Si la concentricité entre D1 et D2 est critique → choisir CC comme ligne de séparation
• Si la concentricité entre D1 et D3 est critique → choisir BB comme ligne de séparation
• Si la constance du diamètre de D1 à l'extrémité gauche ou droite est critique → choisir AA comme ligne de séparation

Simplifier la structure de la matrice

(1) Évitez les contre-dépouilles internes. Celles-ci nécessitent des noyaux à action latérale ou un usinage secondaire, ce qui augmente considérablement le coût de la matrice ou de la pièce. Une conception de pièce judicieuse, éliminant les contre-dépouilles internes, permet de réduire les coûts.

(2) Évitez autant que possible les contre-dépouilles externes.

(3) Évitez les obstructions aux toboggans.

(4) Évitez les lignes de séparation arrondies. Les lignes de séparation arrondies compliquent la fabrication de la matrice, réduisent la résistance au niveau du rayon et raccourcissent la durée de vie de la matrice.

(5) Choisissez judicieusement la ligne de séparation afin de simplifier la structure de l'outillage. La ligne de séparation doit permettre une construction d'outillage aussi simple que possible, un usinage aisé et un coût minimal.

Usinage CNC

Éviter les Usinage CNC chaque fois que possible, car :

• Les pièces moulées sous pression permettent déjà d'obtenir une précision dimensionnelle et un état de surface élevés ; des tolérances généreuses lors de la conception peuvent éliminer l'usinage.
• La surface de la peau d'un service de moulage sous pression Elle est dense et résistante ; l'usinage détruit cette couche.
• La porosité interne peut être mise à nu après l'usinage, ce qui affecte les performances.
• L'usinage augmente considérablement le coût des pièces.

Lorsque l'usinage est inévitable, concevez la pièce de manière à faciliter l'usinage et à minimiser la zone usinée.

Réduisez au minimum la surépaisseur d'usinage. La couche externe est dense, tandis que la couche interne est relativement poreuse et peut présenter des bulles de gaz ou des piqûres ; il convient donc de minimiser la surépaisseur d'usinage afin de préserver la couche dense.

Tolérance d'usinage de surface (une seule face, unité : mm)

Tolérance d'usinage des trous (côté simple, unité : mm)

A retenir:

• Évitez autant que possible l'usinage de surface.
• Lorsque l’usinage est nécessaire, réduisez au maximum la tolérance (généralement inférieure à 0.5–0.8 mm).
• Après usinage, aucune porosité interne ni structure lâche ne doit être exposée, sinon la résistance et l'étanchéité à la pression seront gravement compromises.