Maîtrise du moulage métallique : tolérances de précision CNC expliquées

Imaginez ceci : une technique de fabrication qui a duré plus de 6 000 ans ET qui est encore hautement valorisée aujourd'hui. C'est le moulage métallique.

De plus en plus de métaux ont été moulés au fil du temps : l'or vers 4000 av. J.-C., suivi du bronze et du cuivre, puis du fer vers 1000 av. J.-C. L'importance du moulage métallique ne peut être surestimée. Même le progrès de la civilisation elle-même a été nommé d'après les processus de moulage métallique les plus utilisés durant cette période : l'Âge du Cuivre, l'Âge du Bronze, l'Âge du Fer.

Bien sûr, des avancées techniques ont été faites au fil des millénaires, mais le principe de base et les avantages restent les mêmes.

Pourquoi le moulage ?

Le moulage simplifie le processus de formation du métal en produits. Voici comment c'est fait : Le métal en fusion est versé dans un moule pour créer un motif désiré. Pour retirer le motif ou la pièce, un léger conique, souvent appelé dépouille, est utilisé sur les surfaces du motif. Si nécessaire, des passages, ou cavités, dans le moulage sont faits en insérant des noyaux dans la boîte de moulage une fois le motif retiré.

L'importance du moulage dans le processus de fabrication est significative. Un moulage résulte en moins de composants et moins de pièces nécessitant d'être assemblées. Une soudure qui était autrefois une douzaine de pièces peut être moulée en une seule pièce, résultant en moins de temps d'assemblage, un contrôle d'inventaire plus simple, et une baisse du prix global. De plus, la polyvalence globale du moulage est incroyable.

Avantages du moulage sous pression d'aluminium

Bien que les années récentes ne soient pas appelées « l'Âge de l'Aluminium », elles le pourraient. Aujourd'hui, l'aluminium est désiré pour son poids léger et sa résistance. Alors que les premiers produits commerciaux en aluminium étaient des moulages d'ustensiles de cuisine et divers articles décoratifs, les applications modernes de l'aluminium moulé sous pression incluent des boîtiers à parois minces qui nécessitent moins d'usinage et présentent une surface de finition très lisse et attrayante.

Non seulement l'aluminium crée un prix de pièce abordable, il permet des temps de cycle rapides et une production à haut volume, jusqu'à 1 000 pièces par jour, selon les besoins d'usinage.

Alors que nous plongeons dans les trois méthodes les plus importantes de moulage — moulage en sable, moulage sous pression, et moulage en moule permanent — rappelez-vous que les avantages de ces trois processus sont amplifiés quand l'aluminium est utilisé. L'exception est le fer, qui ne peut pas être mis sous haute pression, donc le moulage en sable est la seule option de moulage pour le fer.

Moulage en sable et moulage sous pression

Le moulage en sable est la méthode de moulage la plus polyvalente pour produire de nombreux produits, surtout l'aluminium. Un motif est pressé dans un mélange de sable fin. Cela forme le moule dans lequel le métal est versé. Pour le moulage sous pression, le métal en fusion est forcé sous pression dans un moule en acier (ou matrice). Le moulage sous pression est parfait pour des pièces formées avec précision nécessitant moins d'usinage et de finition.

Alors, comment se comparent-ils ?

• Disponibilité des alliages : Différents alliages sont disponibles pour le moulage en sable (alliage 319 ou 356, par exemple) qui ne sont pas possibles avec le moulage sous pression. Tous les alliages ont des forces et caractéristiques différentes basées sur le produit

• Géométrie : Certains noyaux pour passages ne sont pas possibles avec le moulage sous pression, durant lequel le motif doit sortir droit du moule

• Vitesse : Beaucoup plus de moulages sous pression peuvent être faits en une heure que de moulages en sable, donc le moulage sous pression est normalement utilisé pour la production à haut volume

• Tolérances : Parce que le moulage sous pression est un outil mécanique en acier, il peut maintenir des tolérances plus serrées que le moulage en sable (plus sur les tolérances ci-dessous)

• Usinage : Les coûts d'usinage du moulage sous pression sont moindres en raison d'avoir moins de matière, et certaines surfaces peuvent rester en état de moulage sans usinage requis

• Outillage : Le moulage sous pression entraîne une augmentation significative du coût de l'outillage en acier. Cependant, le bon investissement en outillage en amont résulte en un prix de pièce global plus bas

• Coût : Le moulage en sable est un processus de prix de pièce plus cher que le moulage sous pression, pourtant le moulage en sable peut être plus économique pour de petites quantités et prototypes, designs complexes, et quand le moulage lui-même est très grand

Maintenant, abordons la méthode de moule permanent/semi-permanent, qui se situe entre les deux précédentes à bien des égards.

Moule permanent ou semi-permanent

Le moulage en moule permanent implique un outillage en acier avec des noyaux en sable selon les besoins. Cet investissement en outillage est plus cher que l'outillage de moulage en sable mais pas aussi cher que l'outillage de moulage sous pression.

Contrairement au moulage sous pression (métal haute pression soufflé dans le moule), le processus de moule permanent implique soit un écoulement par gravité soit un écoulement à basse pression dans le moule. Un vide peut être appliqué pour maintenir l'écoulement en mouvement en douceur ainsi qu'aider à réduire la porosité.

Comparés aux moulages sous pression ou en sable, les moulages en moule permanent peuvent souvent être plus résistants. Le moulage en moule semi-permanent signifie qu'il y a des noyaux en sable placés dans le moule pour créer des passages internes qui seront retirés par brûlage/secouage. Cela est utilisé le plus souvent avec l'aluminium.

Deux défauts de moulage courants : porosité et non-nettoyage

Le liquide voyage naturellement à travers les pores, ou espaces ouverts. Une pièce mal conçue, avec trop de matière par exemple, ouvre la porosité. L'emprisonnement de gaz dans un moule haute pression peut créer des poches ou des creux, qui pourraient causer une fuite.

Dans le moulage en sable, la cause principale de porosité est l'air et/ou gaz piégé, ou possiblement un défaut de sable, comme de la saleté. Bien que le processus de moulage sous pression — utilisant une explosion haute pression d'aluminium — crée de l'air piégé plus fréquemment, cela se produit généralement sous la surface de la pièce. Une peau propre, de seulement 2 mm, élimine tout problème de porosité.

Typiquement, la matière insuffisante est causée soit par un moulage courbé, soit par un moulage mal conçu (pas assez de matière prévu au départ). Dans le moulage en sable ou les moulages en moule permanent, la cause pourrait être un meulage ou sciage excessif dans la surface, ou un décalage de noyau causant des problèmes dimensionnels. Les causes de moulage sous pression pourraient impliquer le rognage ou, dans la plupart des cas, un moulage courbé (à cause de parois minces et comment il est éjecté du moule).

La matière insuffisante mène directement au non-nettoyage. Quand il n'y a pas assez de matière, ou de stock, à couper, l'outil programmé n'engage pas la matière ; il « coupe » simplement de l'air. Donc, au lieu d'une surface lisse usinée, c'est une surface de moulage. Le non-nettoyage peut être ajusté dans la machine en poussant une coupe plus profonde. Cependant, maintenir une épaisseur minimale pourrait empêcher l'utilisation de cette technique.

Tolérances de moulage — aperçu et importance

Différents matériaux et processus impliquent différentes normes. Donc, selon le processus particulier, les tolérances sont revues pour les positions, la longueur (par pouce), et les grades de matériau ainsi que les propres exigences et spécifications du client. De plus, les associations ont leurs propres normes directrices. Par exemple, un moulage sous pression d'aluminium devrait suivre les normes de l'Aluminum Association et de la North American Die Casting Association (NADCA). Cependant, les pièces en fer devraient être référencées à l'ISO 8062.

Quand les tolérances ne sont pas atteintes, beaucoup de choses peuvent arriver…

• Plus de rebut fonderie ou rebut usinage
• Problèmes de garantie d'un client
• Un produit ne fonctionnant pas correctement
• Retravailler l'outillage (moulage et/ou usinage)
• Usinage supplémentaire

… et aucune de celles-ci n'est agréable car, au final, elles affectent toutes directement les coûts, qui pourraient être significatifs. Donc, bien qu'il y ait plusieurs processus et détails à considérer, la chose la plus importante est de s'associer avec une équipe qui comprend cette complexité et peut expliquer chaque processus clairement pour que la bonne décision soit prise.

Voyez l'avantage de Stecker en moulage, usinage, tolérances… et plus !

Stecker relève des défis de fabrication complexes que d'autres dans l'industrie évitent. En s'associant avec un atelier d'usinage CNC expérimenté, dédié et de confiance, vous gagnez certains avantages.

PAS cantonné à une seule fonderie

Quand un atelier d'usinage possède une fonderie, les processus et matériaux sont souvent prédéterminés peu importe s'ils sont corrects ou non. D'un autre côté, avoir accès à une large base d'approvisionnement avec divers processus et matériaux peut associer une pièce au processus et partenaire exacts. Au lieu de faire correspondre la pièce au processus établi, la pièce est mise dans le bon processus. Stecker a des partenariats avec plus de 40 fonderies, donc Avantage Stecker !

Gestion du fournisseur

D'un point de vue processus, Stecker ajoute de la valeur en prêtant attention à comment une fonderie fait des affaires. Le contrôle de processus assure des pièces qui répondent aux exigences clients. Stecker mène des audits qui assurent des contrôles de processus appropriés et une documentation adéquate, donc Avantage Stecker !

Collaboration

Cela ne peut être trop souligné : le travail d'équipe en amont entre l'utilisateur final, l'atelier d'usinage CNC, et la fonderie est vital. Une fois un processus déterminé, c'est le moment de concevoir la pièce pour la fabricabilité. Stecker a un avantage avec différents processus et matériaux, donc Avantage Stecker !

Un guide avec votre résultat net à l'esprit

Imaginez ce scénario : Un ingénieur a un projet conçu à 75 %, donc il est envoyé en devis. Stecker obtient le devis, collabore avec la bonne fonderie, et recommande :

• un changement de matériau
• un changement de géométrie
• un changement de méthode de moulage
• de l'usinage ajouté

À la revue, il est découvert qu'avec le volume projeté, un moulage sous pression (même avec des coûts d'outillage supplémentaires en amont) peut être la meilleure solution. En six mois, un retour sur investissement peut être réalisé, avec le projet arrivant à la moitié du prix, donc Avantage Stecker !

Vrai travail d'équipe

Stecker résout les besoins uniques de chaque client. Nous explorerons ce dont vous avez besoin, réviserons ce que nous pouvons offrir, mènerons une revue de plan, déterminerons un processus de moulage, discuterons de quelle fonderie pourrait convenir, et découvrirons la meilleure façon d'avancer. C'est un partenariat de choix de la meilleure fonderie et du meilleur processus, donc Avantage Stecker (et VOUS !)

Maintenant que vous connaissez l'importance du moulage métallique et la puissance de Stecker, lisez ces mini-études de cas qui montrent notre volonté de plonger dans des situations d'usinage CNC difficiles : In a Bind ? 4 projets durant lesquels Stecker Machine a sauvé des clients dans le besoin.

À propos de l'auteur

Jason aime résoudre les défis des clients. En tant que VP Développement Commercial, Jason est responsable du développement de nouveaux affaires ainsi que d'être la personne de référence pour plusieurs clients actuels de SMC. Jason a travaillé en ingénierie, production, et ventes, et trouve que sa plus grande force est de fournir aux clients des solutions à leurs défis de fabrication.