Solutions aux défauts de la fonderie sous pression

La fonderie sous pression a pour but de faire passer du métal en fusion sous forme liquide à haute vitesse par une petite fente dans le but de remplir la forme faite dans un moule. Ce remplissage de quelques centièmes de seconde doit se réaliser plus rapidement que le solidification du métal qui fige en se refroidissant dans l’empreinte. Cette technologie génère principalement les trois types de problèmes suivants : soufflures ou porosités, reprises de front, retassures.

1-Soufflures / porosités :

Au moment de l’injection le moule et le container contienne des gaz (air, oxygène, hydrogène) qui doivent être évacués le plus possible pour ne pas se trouver emprisonnés dans la pièce sous forme de bulles sous-pression.

Souffl

Solutions pour minimiser les soufflures / porosités :

Par la conception du moule :
  • Prévoir une grande section d’éventage du moule par les masselottes. Les positions des évents sont importantes car une masselotte remplie en début d’injection ne joue plus sa fonction. Il faut chercher les zones de fin de remplissage et placer des masselottes qui seront utiles jusqu’au bout (utilisation de Chill-Vent (tirage d’air massif), implanter un système sous-vide en dernier recours).
  • Augmenter le taux de remplissage du container pour minimiser l’air emprisonné dans la chambre.
  • Prévoir des bras cours et épais pour permettre de maintenir un canal chaud et transmettre la pression qui compressera le métal.
  • Le système de régulation thermique du moule qui doit éviter l’utilisation du poteillage pour refroidir le moule (diminution du temps de cycle et préservation du moule en évitant les chocs thermiques).
Par le process :
  • Vitesse deuxième phase trop lente qui ne va pas permettre un remplissage liquide avec localement des risques de solidification et par conséquence une mauvaise homogénéité de la compression.
  • Vitesse deuxième phase trop rapide qui ne laisse pas à l’air le temps de sortir de la cavité du moule. Contrôler le bon fonctionnement des évents qui peuvent s’encrasser au niveau du plan de joint.
  • Liquide résiduel suite à un poteillage trop abondant avec un manque de soufflage.
  • La température du moule doit être suffisamment haute pour supprimer l’humidité du solvant de poteillage par évaporation sur le moule qui peuvent produire des gaz au contact du métal en fusion.
  • Contrôler la lubrification du piston car trop de graisse au contact du métal en fusion produira des gaz.
  • Programmer une première phase qui contrôle le front de vague dans le container pour ne pas avoir un emprisonnement d’air.
  • Dégazage du métal dans le four.

2-Reprises de front :

Le front du métal (l’avant du métal qui pousse devant lui l’air et les gaz de poteillage et de lubrification du container) doit suivant les obstacles dans les empreintes se couper en plusieurs flux de métal en fusion. Ces derniers vont se rejoindre plus tard dans des états de température différents ne permettant plus de se resouder avec homogénéité. On peut imaginer le contournement d’un obstacle par deux chemins de métal qui ne se retrouvent en contact avec des conditions de température différentes induisant une frontière entre les deux flux de métaux après la solidification. Autre problème, les fronts de métal peuvent emprisonner des poches d’air et créer des soufflures.

Reprise

Solutions pour minimiser les reprises de front :

Par la conception du moule :
  • Une simulation de remplissage peut aider à comprendre le cheminement du métal dans l’empreinte

3-Retassures :

La plupart des métaux ont une contraction de volume quand ils passent de l’état liquide à solide. Par exemple l’aluminium a un retrait de l’ordre de 1%. Cette contraction se fait dans toutes les directions mais en commençant avec un gardian à partir de la surface (peau) de la pièce. En effet, la différence de température du moule et du métal fait que ce dernier fige en premier au contact de l’acier de l’empreinte. La peau de la pièce qui se solidifie en premier a donc peu de retassures qui se concentre dans les zones massiques (à limiter à la conception de la pièce) en fin de solidification. En conséquence, si vous ne voulez peu de porosité dans une zone, il faut la placer dans une épaisseur de 0.4mm du bord de la pièce. L’usinage au-delà de cette épaisseur de 0.4mm va révéler des retassures et porosités.

Ret

On minimise ce problème de retassures et de porosités en compressant en fin d’injection le métal par une troisième phase pour compléter le volume de métal qui s’est contracté. Pour que la compression fonctionne il faut que cette force de compression puisse être transmise à la pièce par les bras d’alimentation (runner) et l’épaisseur d’attaque. Concrètement le métal doit encore être pâteux pour bouger dans le moule. Dans le cas contraire, la troisième phase n’aura pas d’effet.

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Les différents états de matière

Désignation de type de traitement des aluminiums de fonderie Désignation des procédés de moulage Symbolisation du mode d'obtention Symbolisation de l'état de livraison
F Brut de fonderie  S Moulage sable Y0 Non défini 0 Aucun traitement
0 Recuit K Moulage sable  Y0 Non défini 0 Aucun traitement
T4 Trempe + matutation naturelle à température ambiante D Moulage sous pression Y2 Fonderie Sable 2 Trempé
T5 Refroidissement contrôlé après solidification + sur-revenu L Moulage de précision(cire perdue) Y3 Fonderie Coquille Gravité 3 Trempé + revenu
T6 Trempe + revenu au pic de la dureté     Y4 Fonderie sous pression 4 Stabilisé
T64 Trempe + maturation artificielle au four     Y5 Frittage (concrefaction) 5 Stabilisé
T7 Trempe + sur-revenu pour diminuer la dureté et augmenter l'allongement Ex : EN AC-42000-K-T6 = Moulage en coquille avec trempe + revenu Ex : Y30 = moulage coquille gravité sans traitement Y33 = moulage coquille gravité + trempe+ revenus

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Rugosité des pièces

Technologie Matriçage fonderie sous-pression Fonderie coquille alu
Etat en Ra à chaud Aluminium Laiton Zamak  
Rugosité après opération de matriçage ou de fonderie 0.5 à 1 0.5 à 1 Mini 0.5 et maxi suivant l'usure du moule 0.5 à 1 4 à 9
Après grenaillage billes inox 4 4 4 3  
Après grenaillage laiton 2 / 4 / /
Après tribofininiton 1 à 2 1   0.5 4 à 9

Ra: unité de mesure de rugosité correspondant à l’écart moyen des distances entre pics et creux successifs de la surface contrôlée.

La technique du grenaillage consistant à projeter, à l'aide d'une grenailleuse, des particules de différentes matières sur la surface des pièces pour en modifier la structure superficielle. Cela permet d’améliorer l’aspect de la pièce et de le rendre homogène.

La tribofinition est un procédé qui consiste à ébavurer et polir la surface de pièces métalliques. Les pièces sont insérées avec des chips (pierres de différentes formes) d’ébavurage ou de polissage dans des cuves vibrantes. Par rotation ou vibration, une abrasion se produit à la surface et sur les arêtes des pièces.

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Corrosion électrochimique

Chaque métal est caractérisé par un potentiel électrique qui lui est propre. Ainsi, un contact électrique entre deux métaux qui ont des potentiels différents induit un transfert de courant réalisant une réaction électrochimique. Avec le temps, cette réaction qui peut induire une corrosion au niveau du contact entre les deux métaux.

Compatibilité électronique des métaux dans l'air ambiant induisant une corrosion électrochimique  + : Bon | 0 : Incertain | - : Mauvais 

Compatibilité électrochimique des métaux dans un bain de sel à 2% induisant une corrosion électrochimique A : Bon | B : Moyen | C : Mauvais 

Le contact de deux métaux est acceptable si la valeur est inférieure à 300mV.

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