Les pièces moulées à paroi mince sont généralement définies comme des pièces dont l’épaisseur de paroi est inférieure à 3 mm pour les alliages ferreux et à 2 mm pour les alliages non ferreux (par exemple, l’aluminium, le magnésium). Le rapport entre la surface et le volume est élevé, ce qui entraîne une perte rapide de chaleur. Contrairement aux sections épaisses, où la cavité du moule se remplit aisément, les sections minces exigent un contrôle précis de la fluidité, de la vitesse de remplissage et du comportement de solidification. Une production réussie requiert une approche globale intégrant le choix de l’alliage, la conception des outillages et l’optimisation des procédés.
1. Principaux défis de la fonderie à parois minces
Refroidissement incomplet (remplissage partiel) : Le métal fondu se solidifie avant d’avoir complètement rempli la cavité, notamment aux extrémités ou sur les nervures fines.
Coupure froide : Deux fronts d’écoulement se rejoignent mais ne fusionnent pas correctement en raison d’une température trop basse, créant ainsi un défaut linéaire.
Porosité gazeuse et turbulence de surface : Des vitesses de remplissage élevées peuvent entraîner l’emprisonnement d’air, tandis qu’un éventage insuffisant provoque une contre-pression.
Fissuration chaude et déformation : Les sections minces refroidissent et se contractent plus rapidement que les zones adjacentes plus épaisses, générant des contraintes de traction et des fissures.
Érosion du moule : Un écoulement métallique à grande vitesse peut user les noyaux de sable ou les surfaces de la matrice au niveau des petits canaux d’alimentation.
2. Considérations de conception
2.1 Uniformité de l’épaisseur des parois
Évitez les changements brusques d’épaisseur de paroi. Des transitions progressives réduisent les contraintes thermiques et les points chauds. Si une variation est inévitable, prévoyez des arrondis (rayons ≥ 0,5 × épaisseur) afin d’améliorer l’écoulement et de diminuer la concentration des contraintes.
2.2 Épaisseur minimale pratique des parois
L’épaisseur minimale dépend de la fluidité de l’alliage :
- Alliages de magnésium : 0,8–2 mm
- Alliages d’aluminium : 1,2–8 mm
- Alliages de zinc : 0,5–0 mm (moulage sous pression à chambre chaude)
- Alliages de cuivre : 2,0–0 mm
- Fonte grise : 3,0–0 mm (fonderie en sable)
En dessous de ces limites, le taux de refroidissement incomplet augmente considérablement.
2.3 Ribs et renforts
Ajoutez de petites nervures ou des ondulations pour renforcer la rigidité sans augmenter l’épaisseur nominale de la paroi. Ces éléments guident également l’écoulement et réduisent la déformation.
3. Considérations relatives aux paramètres du procédé
| Paramètre | Recommandation pour les parois minces |
| Température de coulée | Augmentez la température de 30 à 50 °C au-dessus de la normale afin d’étendre la fluidité, tout en évitant une prise excessive de gaz. |
| Température du moule | Préchauffer les moules (par exemple, les matrices de moulage sous pression à 200–300 °C) pour ralentir le refroidissement. |
| Temps de remplissage | Minimiser – remplir la cavité en <0,1 seconde pour les petites pièces moulées sous pression ; pour les pièces moulées au sable, utiliser une haute pression de tête. |
| Évacuation des gaz | Augmenter la surface des évents et leur nombre afin de libérer l’air piégé. |
| Position de la porte d’entrée | Placer les points d’alimentation au niveau de la section la plus épaisse et diriger l’écoulement vers les zones minces ; éviter plusieurs points d’alimentation susceptibles de provoquer des fermetures froides. |
4. Choix de l’alliage
Utiliser des alliages ayant une plage de solidification étroite (par exemple, des compositions eutectiques ou quasi-eutectiques) afin de réduire les déchirures chaudes. Pour l’aluminium, l’alliage A356 (Al-Si-Mg) offre une bonne fluidité et une bonne résistance aux fissures. Pour le magnésium, l’alliage AZ91D est largement utilisé pour les pièces moulées sous pression très fines. Éviter les alliages à longue plage de solidification (par exemple, certains laitons) pour les sections extrêmement minces.
5. Technologie des moules et des noyaux
- Moulage en sable : utiliser un sable plus fin (AFS 55–65) associé à des liants peu générant de gaz afin d’améliorer la qualité de la surface et de réduire la friction. Employer des refroidisseurs près des sections minces pour favoriser une solidification directionnelle.
- Moulage sous pression (haute pression) : les parois minces bénéficient d’une vitesse d’injection élevée (3–5 m/s) et d’une pression importante (80–120 MPa). Appliquer une assistance sous vide pour éliminer la porosité.
- Moulage à cire perdue : utiliser une couche primaire plus fine pour une meilleure reproduction des détails ; contrôler la température de la coquille afin d’éviter un refroidissement prématuré.
6. Considérations post-fusion
Les pièces moulées à parois minces sont sujettes à la déformation lors du démoulage, de la découpe et du traitement thermique.
- Refroidissement : permettre un refroidissement uniforme dans le moule ou sur un dispositif de refroidissement afin d’éviter les déformations.
- Traitement thermique : privilégier une trempe contrôlée (par exemple, trempe à l’eau chaude ou avec un polymère) plutôt qu’à l’eau froide afin de minimiser les déformations.
- Manipulation : soutenir les sections minces pendant les opérations de finition (rectification, découpe) pour éviter toute flexion ou fissuration.
7. Liste de contrôle pour la prévention des défauts
✓ Vérifier la simulation de remplissage du moule (par exemple, à l’aide de MAGMA, ProCAST) afin d’identifier les zones potentiellement mal remplies.
✓ Augmenter simultanément la température de coulée et la température du moule.
✓ Utiliser des puits de surverse ou des évents aux extrémités les plus éloignées des parois minces.
✓ Appliquer un revêtement protecteur sur les moules en sable afin de réduire la friction et les pertes de chaleur.
✓ Pour le moulage sous pression, réduire l’épaisseur du biscuit afin d’assurer une bonne transmission de la pression.
✓ Examiner les premiers échantillons par radiographie ou par pénétration de colorant ; ajuster les canaux d’alimentation en fonction des marques d’écoulement.