Guide technique sur les métaux de fonderie sous pression et leur sélection

métaux moulés sous pression

Le magnésium, l'aluminium et le zinc sont les principaux métaux utilisés en fonderie sous pression, tandis que le bronze, le cuivre et quelques autres matériaux sont également employés. La fonderie sous pression de magnésium est avantageuse pour sa légèreté et son amortissement des vibrations ; les alliages d'aluminium sont privilégiés pour leur bonne résistance à la corrosion et leur robustesse ; et le zinc est préféré pour la fonderie de composants petits, détaillés et à parois fines.

Coulée sous pression Elle permet la fabrication en grande série de composants complexes tout en garantissant la répétabilité et la rentabilité. Cependant, le moulage sous pression des métaux ferreux peut s'avérer difficile en raison de leurs points de fusion élevés, qui entraînent une usure rapide des outils.

Les châssis électroniques, les tableaux de bord, les jantes automobiles et les boîtiers d'outils sont moulés en alliages de magnésium car ils doivent être légers et robustes. Le moulage sous pression d'aluminium est utilisé pour fabriquer les blocs-moteurs, les carters de moteur, les dissipateurs thermiques, les carters de transmission et de nombreux autres composants. Le zinc est utilisé pour la fabrication des poignées de porte, des éléments de plomberie, des pièces de vannes, des pièces automobiles, etc.

Examinons en détail les métaux utilisés pour le moulage sous pression, en détaillant leurs propriétés de moulage, leurs limitations, leurs applications et comment faire un choix judicieux en matière de matériaux de moulage sous pression.

Alliages de magnésium pour la fonderie sous pression 

Alliages de magnésium moulés sous pression

Le magnésium est un métal structurel reconnu pour sa légèreté et sa durabilité. Sa densité est de 1.74 g/cm³, soit 35 % plus légère que celle de l'aluminium.1C’est pourquoi les alliages de magnésium sont utilisés dans la fabrication de pièces métalliques moulées sous pression qui nécessitent un rapport rigidité/poids élevé et un amortissement des vibrations. 

Leurs bas points de fusion et leur bonne fluidité rendent les alliages de magnésium faciles à couler, mais leur réactivité avec l'oxygène exige un contrôle strict du processus. 

Magnésium AZ91D

AZ91D est le alliage le plus courant in moulage sous pression de magnésium, qui est composé d'environ 90 % de Mg, de 8.3 à 9.7 % d'aluminium, jusqu'à 1 % de zinc, ainsi que d'autres métaux (Mn, Si, Cu) en quantités mineures. 

Le procédé de moulage sous pression en chambre chaude est adapté à l'alliage AZ91D. Il présente une faible tendance à la fissuration à chaud et offre un temps de cycle rapide. De plus, les pièces moulées en AZ91D sont plus résistantes à la corrosion que celles en d'autres alliages de magnésium.

Applications : Carter de transmission automobile, couvercles d'arbre à cames, supports de colonne de direction, boîtiers d'ordinateur portable, châssis internes de smartphone.

Magnésium AM60

La principale différence entre l'AM60 et l'AZ1D réside dans leur teneur en aluminium. L'AM60 contient moins de 6 % d'aluminium, une teneur couramment utilisée dans le procédé HPDC, et peut également être transformé par moulage sous pression pour répondre à des exigences de performance spécifiques.2La faible teneur en aluminium améliore la ductilité, la résistance aux chocs et l'allongement.

Applications : Poutres IP, cadres de sièges auto, tableaux de bord et structures intérieures automobiles.

Alliages de magnésium spécialisés 

Parmi les autres alliages de magnésium utilisés en fonderie sous pression, on trouve : AS41B, AE42 et ZK60A. Certains de ces alliages contiennent des terres rares et sont conçus pour des performances spécifiques. Par exemple, l'AE42 contient du cérium, du néodyme et du lanthane en faibles quantités (environ 2 à 2.5 %). De ce fait, sa résistance à la température et au fluage s'en trouve considérablement améliorée. 

Applications : Pièces de moteur AS41, composants de transmission automatique, berceau moteur avant, carter de frein d'avion et pièces de train d'atterrissage, et châssis de missiles.

Alliages d'aluminium moulés sous pression

alliages d'aluminium moulés sous pression

Les alliages d'aluminium font partie des métaux légers moulés sous pression, offrant résistance, conductivité, résistance à la corrosion et un bon blindage contre les interférences électromagnétiques et radioélectriques. Bien que ses alliages aient un point de fusion relativement élevé (~ 660 ° C) que celles du Mg et du Zn, des composants complexes peuvent être coulés en utilisant la technique de coulée en chambre froide. 

Lorsque l'aluminium en fusion s'écoule dans le moule et se solidifie, des structures dendritiques se forment, ce qui améliore la résistance et la ductilité des pièces moulées.

Ensuite, abordons les alliages d'aluminium couramment utilisés pour le moulage sous pression. ASTM, EN AC et JIS

• ASTM: A380, A360, A383 
• EN AC: CA 46100, CA 46500
• JIS: CAN 10 et CAN 12 

Aluminium 380 (A380)

L'alliage A380 est un alliage d'aluminium de fonderie courant offrant un bon compromis entre coulabilité, résistance et ductilité, ainsi qu'une excellente résistance à la corrosion et à l'usure, et une bonne soudabilité. Il est idéal pour la fabrication de composants de précision destinés à des environnements difficiles.

Applications : Corps d'outils électriques, boîtiers électroniques, carters de boîtes de vitesses, supports et fixations de moteurs, et pièces détachées pour appareils électroménagers.

Aluminium 360 (A360)

La teneur élevée en silicium et très faible en cuivre de l'alliage A360 améliore sa fluidité et réduit sa fragilité à chaud. Il offre une bonne résistance à la corrosion en milieu extérieur et marin. Cependant, l'alliage A360 est plus coûteux que l'alliage A380. De plus, il permet de réaliser des pièces complexes à parois minces, moins sujettes à la fissuration à chaud.

Applications : Boîtiers de systèmes hydrauliques, accastillage marin, composants de suspension et collecteurs pour l'automobile, vannes pour l'industrie chimique et boîtiers d'équipements radar.

Aluminium 413 (A 413)

L'aluminium 413 contient une teneur en silicium plus élevée (environ 12 %) que les aluminiums A380 et A360. Il offre une fluidité et un remplissage du moule optimaux, ce qui le rend idéal pour le moulage de pièces mécaniques exigeant une étanchéité parfaite et des parois ultra-minces. En revanche, sa résistance mécanique est moindre. 

Applications : Vérins hydrauliques, composants pneumatiques, réservoirs sous pression, dissipateurs thermiques haute performance, boîtiers compacts et équipements de transformation alimentaire. 

Aluminium 383 (A 383)

L'aluminium A383 contient de 9.5 à 11.5 % de silicium, de 2 à 3 % de cuivre et jusqu'à 1.3 % de fer, ainsi que d'autres éléments d'alliage en faibles quantités. Il offre un excellent remplissage du moule, une résistance à la fissuration à chaud, une stabilité dimensionnelle et une meilleure résistance à la corrosion que l'A380. Il peut être utilisé pour la fonderie de pièces présentant un rapport longueur/épaisseur élevé.

Applications : Boîtiers pour équipements électroniques et de communication, supports automobiles, couvercles de culasse, boîtiers de capteurs et pièces moulées industrielles à usage général.

AC 46100

L'acier de fonderie AC 46100 offre un bon compromis entre dureté, résistance et soudabilité. Sa composition comprend environ 12 % de silicium et environ 1.5 à 2.5 % de cuivre comme principaux éléments d'alliage. Il est utilisé dans la fabrication de machines automobiles et industrielles. 

Les points de fusion plus bas favorisent des cycles de coulée plus courts, mais ils ne conviennent pas aux conditions corrosives et à haute température, en particulier au-dessus de 200 °C. 

Applications : Composants du groupe motopropulseur, culasses de moteur et conduites de fluides industriels.

AC 46500

Cet alliage d'aluminium conforme aux normes européennes est similaire à l'A380 et est couramment utilisé pour le moulage sous pression de pièces robustes et légères, notamment dans les secteurs de l'aérospatiale et de l'électronique.

ADC 10 

ADC désigne le moulage sous pression d'aluminium, et l'ADC 10 est très répandu dans les industries manufacturières d'Asie. Il est considéré un équivalent proche de l'A380 (ASTM) et de l'AC-46500 (EN AC) normes [3L'ADC contient jusqu'à 9.5 % de silicium et offre des propriétés mécaniques équilibrées, une résistance structurelle et une usinabilité optimales.

ADC 12 

ADC 12 (très similaire à l'A 383Cet alliage présente une teneur en silicium légèrement supérieure (jusqu'à 12 %). Son point de fusion est plus élevé et sa résistance à la fissuration est accrue. Il convient au moulage de pièces complexes à parois minces. 

L'ADC 12 est une meilleure option lorsque vous avez besoin d'une résistance légèrement supérieure, tandis que l'ADC 10 est plus performant en matière de remplissage fin de la puce.

Alliages de zinc moulés sous pression 

Pièces moulées sous pression en zinc

Le zinc est un autre métal à bas point de fusion (420 ° C) avec une grande fluidité à l'état fondu, permettant de lui donner des formes complexes grâce au moulage sous pression. Les alliages de zinc, notamment les Zamak 2, 3, 5 et 7, sont utilisés pour la fabrication de composants industriels, nécessitant un équilibre entre résistance, ténacité et conductivité. Cependant, les alliages de zinc sont considérés comme des métaux peu adaptés au moulage sous pression (ρ = 6.6–7.0 g/cm³) et ne conservent pas leurs propriétés mécaniques initiales au-delà d'une certaine température. 100 ° C 

Zamak 2 

L'alliage Zamak 2 est composé de 3.7 à 4.3 % d'aluminium et de 2.7 à 3.3 % de cuivre comme principaux éléments d'alliage, ainsi que de magnésium, de fer et d'autres éléments en faibles quantités. Il présente une résistance élevée, une bonne ductilité, une dureté et un allongement importants. Cependant, sa fragilité et son retrait à long terme sont des inconvénients.

Applications : Pièces de petite taille et de précision, avec une finition soignée, telles que des petits engrenages, des cames, des embouts de moteur, des prototypes de matrices d'emboutissage, des inserts d'outils, des luminaires et des composants d'outils à main. 

Zamak 3 

La principale différence avec le Zamak 2 réside dans sa teneur en cuivre plus faible (Cu ≤ 0.25 %), ce qui influe sur son comportement à long terme. Alliage de référence dans l'industrie, le Zamak 3 offre une excellente stabilité dimensionnelle, une fluidité de coulée optimale, une finition aisée et un coût réduit.

Applications : Boîtiers d'appareils électroménagers, quincaillerie de fixation, ventilateurs de plafond, articles décoratifs, pièces de plomberie et pièces électriques.

Zamak 4 

Le Zamak 4 est un alliage de zinc moulé sous pression de transition pour le Zamak 3 et 5, contenant une petite quantité de cuivre (~0.3 à 0.5%) [4Il conserve sa ductilité et améliore légèrement sa dureté, sans compromettre sa résistance. De plus, le Zamak 4 présente un risque de collage à la filière inférieur à celui du Zamak 3.

Applications : Accessoires pour vêtements, mécanismes de verrouillage de fenêtres, petits interrupteurs électriques et quincaillerie décorative. 

Zamak 5 

La composition du Zamak 5 comprend environ 4 % d'aluminium, environ 1 % de cuivre et jusqu'à 0.08 % de manganèse, ainsi que d'autres éléments d'alliage en faibles quantités. Polyvalent, il offre une résistance à la traction et une dureté supérieures au Zamak 3, mais sa fluidité de coulée est légèrement inférieure. 

Applications : Engrenages, mécanismes de ceintures de sécurité pour automobiles, charnières et supports, loquets à bascule et connecteurs électriques.

Zamak 7

Le Zamak 7 est un alliage à très faible teneur en impuretés, composé de 3.5 à 4.3 % d'aluminium, d'environ 0.1 % de cuivre, de moins de 0.02 % de magnésium et d'une faible quantité de nickel. Il offre une résistance mécanique élevée, une faible porosité et une fluidité optimale. Le Zamak 7 permet de réaliser avec une excellente précision des pièces complexes à parois minces.

Applications : Boîtiers électroniques, châssis de smartphones, boîtiers SFP et QSFP, lunettes de montres, raccords de conduits électriques et vannes pneumatiques miniatures.

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Autres métaux de fonderie sous pression

moulage sous pression du laiton

Outre le zinc, l'aluminium et le magnésium, quelques autres alliages peuvent être utilisés comme métaux de fonderie sous pression, notamment le laiton, le bronze, les alliages de plomb et les alliages d'étain. Cependant, leur utilisation est moins fréquente dans la fabrication de pièces moulées sous pression. 

Alliages de cuivre (laiton et bronze)

Le laiton contient de 60 à 85 % de cuivre et de zinc comme principaux éléments d'alliage. On peut également utiliser du bronze au silicium et au manganèse moulé sous pression.

Alliages de plomb

Ces matériaux sont formulés avec de l'étain et de l'antimoine comme principaux éléments d'alliage et peuvent être coulés en composants de haute précision, tels que des composants de protection contre les radiations, des objets décoratifs et des inserts d'insonorisation.

Alliages d'étain

Les alliages à base d'étain figurent parmi les métaux de fonderie sous pression à bas point de fusion et permettent d'obtenir des finitions et des détails précis. Ils sont notamment utilisés pour la fabrication d'objets décoratifs et d'ornements.

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Comment choisir le bon métal de fonderie sous pression pour mon projet ?

Comparaison des métaux moulés sous pression

Le choix du métal ou de l'alliage approprié pour le moulage sous pression dépend principalement de la pièce ou du produit à fabriquer et des exigences finales. Le point de fusion, la coulabilité et l'outillage utilisé jouent également un rôle important dans la sélection du matériau.

Examinons les points essentiels à prendre en compte pour choisir le métal de fonderie sous pression adapté à votre projet. 

1. Identifiez vos besoins

Commencez par définir les caractéristiques de la pièce ou du produit que vous moulez. Cela inclut le poids, la résistance mécanique, l'allongement, la ténacité, la dureté et la conductivité électrique et thermique. 

2. Conditions de fonctionnement

Tenez compte des conditions de fonctionnement dans lesquelles les pièces moulées sous pression seront utilisées, telles que l'exposition thermique, l'humidité, les environnements corrosifs et les charges lourdes. 

3. Évaluer la complexité de la conception

Évaluer la complexité des pièces, notamment l'épaisseur des parois, les angles vifs, les cavités, les transitions de parois et les tolérances. Certains alliages présentent une excellente fluidité et peuvent être coulés en formes complexes avec des détails précis.

4. Outillage et méthode de moulage sous pression

Le choix de l'outillage permet de déterminer la compatibilité du métal avec le matériau du moule et sa résistance aux cycles de moulage. Il convient également de vérifier si vous disposez d'une machine de moulage sous pression à chambre froide ou chaude, et d'une machine fonctionnant à basse ou haute pression.

5. Coût du matériel

Votre budget justifie-t-il le coût de la matière première du métal que vous avez sélectionné ? Ce coût est souvent influencé par le volume de production. Vous pouvez analyser les prix unitaires des matériaux présélectionnés. 

6. Exigences de finition et de post-traitement 

Il convient de prendre en compte l'état de finition après coulée et les exigences de post-traitement. Les alliages d'aluminium peuvent nécessiter un chromatage ou un autre revêtement pour les environnements sujets à la corrosion, tandis que le cuivre offre une résistance supérieure sans revêtement secondaire.

Ensuite, vous pouvez utiliser l'organigramme suivant comme référence de base lors de la sélection du matériau de moulage sous pression.

sélection de métaux moulés sous pression

L'organigramme décisionnel ci-dessus sert de référence pour la sélection d'un métal de fonderie sous pression en hiérarchisant les exigences des pièces.

• Si le poids est un facteur critique (parois minces, la masse minimale est primordiale) → Magnésium
• Pièces produites en grande série avec une grande précision → alliages de zinc ou ZA
• Si la résistance à l'usure, la dureté ou la conductivité électrique/thermique sont prioritaires→ Cuivre ou alliages de Cu. 
• Sinon (choix par défaut) → Alliages d'aluminium

Envoyez votre projet de fonderie sous pression pour obtenir un devis vérifié par un ingénieur 

La réussite de votre projet de fonderie sous pression dépend fortement du choix du matériau, en adéquation avec les pièces conçues et les exigences finales. C'est pourquoi, chez ProleanTech, nous ne nous contentons pas de produire des pièces prêtes à l'emploi ou à assembler ; nos ingénieurs vous accompagnent également dans le choix des matériaux. 

Pour le moulage sous pression, nous disposons d'une ligne de production interne et d'un service de contrôle qualité. service de moulage sous pression elle gère tout, de l'outillage au traitement post-moulage et aux traitements de surface. 

Si votre conception est prête, téléchargez votre fichier CAO et obtenez un devis vérifié par un ingénieur avec des commentaires sur la fabrication (DFM).