Fonderie sous pression

Du métal injecté dans une matrice en acier à haute pression

La fonderie sous pression injecte du métal en fusion à grande vitesse et à haute pression dans un moule en acier trempé, appelé matrice, puis l'ouvre quelques secondes plus tard. Les cadres d'ordinateurs et de téléphones, les carters de boîtes de vitesses et les poignées de portes sont faits ainsi. C'est le moyen le plus rapide de produire en grand nombre des pièces métalliques précises à parois minces.

Photo : Gabeincal, CC BY 3.0, via Wikimedia Commons

Fonderie sous pression · machine à chambre froide à l'injectionLa figure montre la matrice fermée au moment de l'injection ; les numéros cerclés correspondent aux étapes ci-dessous.

Comment ça marche

Fermer et verrouiller la matrice. La moitié mobile de la matrice est poussée contre la moitié fixe et maintenue par un verrouillage hydraulique. L'effort de fermeture est typiquement de centaines à milliers de tonnes, donc la matrice reste fermée sous pression.
Remplir le conteneur d'injection. Une dose mesurée de métal en fusion, généralement de l'aluminium, est versée à la louche dans le conteneur d'injection (un tube en acier qui mène à la matrice). C'est la machine à chambre froide ; pour le zinc, une machine à chambre chaude garde sa pompe plongée dans le métal en fusion.
Injecter. Le piston (un piston hydraulique) projette le métal dans l'empreinte en une fraction de seconde, puis continue de pousser à haute pression, souvent plusieurs centaines de bar, pour tasser le métal pendant qu'il se contracte.
Refroidir dans la matrice. L'eau qui circule dans des canaux de l'acier évacue la chaleur vite. Les pièces minces sont solides en quelques secondes.
Ouvrir, éjecter et ébarber. La moitié mobile recule et des éjecteurs (des tiges en acier) poussent la pièce coulée dehors, généralement dans la pince d'un robot. Les canaux, le reste de métal appelé culot et la fine bavure (du métal comprimé dans le plan de joint) sont coupés dans une presse.

Chiffres clés

Matériaux: Alliages d'aluminium, de zinc et de magnésium ; un peu de laiton. Pas l'acier, trop chaud pour la matrice
Pièces typiques: Carters de moteurs et de boîtes de vitesses, cadres d'ordinateurs et de téléphones, corps d'outils électroportatifs, poignées de portes, robinets, petites voitures
Taille de pièce: De quelques grammes (pièces en zinc) à des soubassements entiers de voitures d'environ 50 à 100 kg sur les plus grosses machines
Précision: Environ ±0,05 à ±0,2 mm sur les petits détails
État de surface: Lisse : Ra (rugosité moyenne) d'environ 1 à 2,5 µm, prête à peindre ou à revêtir
Taille de série adaptée: De dizaines de milliers à des millions de pièces
Coût d'outillage et de machine: Matrices de dizaines de milliers à plus d'un million de dollars ; machines de centaines de milliers à des millions
Vitesse: De quelques secondes à environ deux minutes par injection, selon la taille de la pièce

Atouts et limites

Atouts

Cycles très rapides, idéaux pour la production de masse
Parois minces, souvent de 1 à 3 mm, et détails fins
Précis et lisse, demande peu d'usinage
Les pièces peuvent inclure bossages, nervures et lettrage en une seule injection

Limites

Les matrices sont très chères, donc les petits lots ne sont pas rentables
Limitée aux métaux à plus bas point de fusion comme l'aluminium, le zinc et le magnésium
L'air piégé laisse de minuscules pores, donc la plupart des pièces ne se traitent thermiquement ni ne se soudent facilement
Long délai, souvent des mois, pour concevoir et fabriquer une matrice

Où on l'utilise

AutomobileCarters de boîtes de vitesses et de moteurs, supports, grandes pièces de carrosserie monoblocs
ÉlectroniqueCadres d'ordinateurs et de téléphones, dissipateurs thermiques, boîtiers de connecteurs
Biens de consommationCorps d'outils électroportatifs, pièces d'appareils de cuisine, petites voitures
Quincaillerie du bâtimentPoignées de portes, serrures, robinets (souvent en zinc, puis revêtus)
ÉclairageCorps de lampadaires, dissipateurs thermiques de LED

Comment le reconnaître

Surfaces lisses et régulières et détails nets, souvent peintes ou chromées.
De petites marques rondes, légèrement en relief ou en creux, là où les éjecteurs ont poussé la pièce.
Une fine ligne ébarbée au plan de joint, parfois avec de minuscules restes de bavure.
Des parois minces raidies par des nervures, et des bossages ronds (plots) pour les vis.

À comparer avec

Moulage en coquille1.3aussi un moule en acier réutilisable, mais rempli par gravité, donc plus lent et il demande des parois plus épaisses, avec un outillage moins cher.Coulée semi-solide1.7injecte un métal pâteux, en partie solide, au lieu d'un liquide, ce qui donne moins de pores et des pièces plus résistantes.Moulage par injection2.1la même idée pour les plastiques, à des températures bien plus basses.

À regarder

RCM Industries, Inc. · Le cycle complet expliqué par un fondeur sous pression

Pedeo Hogedrukgieterij · Une cellule de fonderie d'aluminium en production : coulée à la louche, injection et éjection

DyCast Specialties Corporation · Fonderie de petites pièces en zinc à chambre chaude, de près

Bühler Group · Une machine géante qui coule de grandes sections de carrosserie de voiture en une seule injection

Voir de vraies photos

Wikipédia : Fonderie sous pression — machines à chambre chaude et à chambre froide, photos d'un outillage ouvert et d'une cellule en fonctionnement
Recherche de photos sur Wikimedia Commons

À retenir

Le métal est forcé à haute pression, il n'est pas versé par gravité.
Les matrices en acier coûteuses ne sont rentables qu'à fort volume.
Pièces rapides, précises et à parois minces, surtout en aluminium, en zinc et en magnésium.