Défauts de fermeture en fonderie sous pression : causes, prévention et solutions concrètes

Les défauts de fusion à froid sont parmi les plus fréquents dans le moulage sous pression de l'aluminium et du zinc. Ils se présentent sous la forme d'une ou plusieurs lignes de jointure ou de fissures à la surface de la pièce, résultant de la rencontre de deux faces métalliques qui ne fusionnent pas en une structure continue . Outre leur impact négatif sur l'esthétique, ces défauts peuvent réduire les performances mécaniques et s'aggraver sous l'effet de contraintes externes.

Dans les procédés HPDC modernes, en particulier pour les pièces à parois minces ou à long débit, les fermetures à froid constituent un problème de qualité critique qui doit être contrôlé à la fois par l'outillage et le processus.

Que sont les fermetures à froid en fonderie sous pression ?

Un défaut de moulage sous pression (également appelé joint froid) est une discontinuité de surface ou proche de la surface qui se forme lorsque le métal en fusion perd de la température ou de la pression avant que la cavité ne soit complètement remplie. On observe généralement :

• Marques linéaires irrégulières et enfoncées
• Traces de couture étroites et allongées
• On les trouve principalement dans les zones à parois minces ou loin de l'entrée.
• Parfois accompagnées de zones assombries, de marques d'écoulement ou de bulles en surface.

Les fermetures à froid peuvent être de type traversant (pénétrant plus profondément) ou de type non traversant (cosmétique mais toujours risqué).

Principales causes de fermeture à froid en fonderie sous pression

Les arrêts dus au froid sont rarement causés par un seul facteur. Cet article résume plusieurs causes principales fréquentes :

1. Conception de moule déraisonnable

Si la conception du moule ne correspond pas au comportement d'écoulement du métal en fusion, celui-ci refroidit trop tôt et ne peut pas s'assembler correctement. Les problèmes typiques incluent :

• Position incorrecte du coureur/de la porte
• Longueur excessive du trajet d'écoulement
• Déséquilibre entre plusieurs fronts d'écoulement

2. Température de moisissure trop basse

Une température basse à la filière accélère la solidification pendant le remplissage, réduisant la fluidité au niveau des zones de jonction. Les blocages à froid se produisent généralement lorsque deux flux convergent dans des conditions thermiques insuffisantes.

3. Température du métal en fusion (coulée) trop basse

Si la température de fusion est inférieure à la plage de remplissage stable, la viscosité augmente et les fronts d'écoulement « se figent » avant de fusionner.

4. Paramètres de moulage sous pression incorrects

Des réglages de prise de vue inadéquats limitent le remplissage et la fusion des cavités, par exemple :

• Pression d'injection trop faible
• Durée d'injection trop courte
• Vitesse d'injection non adaptée à l'épaisseur de paroi/longueur d'écoulement

5. Conception du système de contrôle d'accès non optimisée

Un système de vannes qui réduit la capacité de remplissage augmente le risque de fermeture à froid. Exemples :

• Hauteur de la tête de pression/des biscuits trop basse
• Section transversale du rail trop petite
• Zone d'entrée trop petite pour les pièces à parois minces/à long flux

6. État d'écoulement de la matière fondue non pris en compte (problèmes de front d'écoulement)

Les bouchons à froid se forment facilement lorsque la fonte :

• Remplissage asynchrone dans des flux séparés
• Crée des turbulences ou un écoulement divisé
• Se raccorde à des zones sans conception de trop-plein/ventilation correspondante
• Piège le gaz près des lignes de fusion, bloquant la fusion.

Comment prévenir et éliminer les fermetures dues au froid

1. Optimiser la conception du moule pour un remplissage stable

Concevoir les canaux d'alimentation, les vannes et les points de débordement de manière à ce que le métal en fusion remplisse le circuit de façon régulière et synchrone , en évitant les écoulements discontinus et le refroidissement prématuré.

2. Augmenter et équilibrer la température de fusion et de moulage

Augmenter la température de coulée et la température de la filière dans les limites d'une plage de fonctionnement sûre :

• Trop bas → gel précoce et fermetures dues au froid
• Trop élevé → risque d'oxydation

L'objectif est d'obtenir une fluidité stable sans surchauffe.

3. Réglage des paramètres de tir

Objectifs clés :

• Augmenter la pression spécifique et la vitesse d'injection si nécessaire
• S'assurer que la cavité est complètement remplie
• Réduire au minimum le temps de séjour du métal liquide dans la cavité afin d'éviter son refroidissement pendant l'écoulement.

4. Améliorer la capacité de ventilation et de trop-plein

Assurez une bonne ventilation de la cavité afin que les gaz emprisonnés ne fassent pas baisser la température locale ni n'empêchent la fusion. Augmentez le volume de trop-plein au point de confluence des flux.

5. Moderniser le système de portail

Pour les conceptions à parois minces ou à long débit :

• Augmenter la hauteur du biscuit si nécessaire
• Agrandir la section transversale de l'entrée
• Ajouter des vannes ou ajuster leur position pour raccourcir le débit et maintenir la température

6. Contrôle de la qualité des alliages et des matériaux

Choisir des nuances d'alliage appropriées et maintenir la stabilité de leur composition. Améliorer la fluidité de l'alliage peut réduire considérablement la formation de joints de gâchage.

7. Améliorer les opérations de versement/de transvasement

Utilisez des agents de fluxage/enrobage appropriés pour réduire l'oxydation secondaire et, si nécessaire, coulez sous atmosphère contrôlée pour maintenir la fusion propre et fluide.

8. Entretenez régulièrement le moule

Les surfaces de moisissures usées, endommagées ou contaminées peuvent perturber l'écoulement et l'équilibre thermique, provoquant indirectement des arrêts dus au froid. La maintenance préventive est essentielle.

Cas de production réels

Cas 1 : Moulage en aluminium à paroi mince extra-large

Conditions:

• Température de fusion : 700 °C
• Température du moule : 200 °C
• Vitesses de remplissage : 30 / 40 / 50 m/s
• Temps de remplissage : 68.6 / 51.4 / 41.1 ms

Des arrêts brusques dus au froid se sont produits à 30 m/s . La pièce avait une longueur d'écoulement de 1230 mm et une épaisseur de paroi de seulement 2.8 mm , ce qui a entraîné une perte de température rapide dans les sections minces.

Correction:

• Augmenter la température de fusion à 720 ° C
• Augmentez la vitesse d'injection pour réduire le temps d'écoulement.
• Évitez toute surchauffe excessive afin de prévenir l'oxydation.

Après réglage, les fermetures à froid ont été éliminées.

Cas 2 : Carter d'embrayage automobile

Etat: Le coulage à 665 °C a entraîné des fermetures à froid.
Cause première: basse température à l'extrémité de la filière + forte accumulation de gaz, provoquant un refroidissement rapide dans la zone de remplissage finale.

Correction:

• Réduire le débit d'eau de refroidissement à l'extrémité opposée pour augmenter la température locale de la puce à 260 ° C
• Retarder le point de commutation du tir à haute vitesse
• Augmenter la vitesse d'injection à haute cadence et la vitesse d'entrée tout en conservant le temps de remplissage total inchangé.

Les défauts de fermeture à froid ont été en grande partie éliminés.

Liste de vérification rapide pour éviter les fermetures à froid

• Confirmer que la configuration coureur/porte est compatible trajets d'écoulement courts, lisses et synchrones
• Rester Température du moule stable et équilibrée (pas de coins froids)
• Maintenir la température de fusion dans la plage de remplissage sécuritaire
• S'assurer que la courbe d'injection fournit une vitesse/pression suffisante avant la congélation
• Placez les trop-pleins et les évents aux points de fusion.
• Contrôler la chimie et la propreté des alliages
• Effectuer l'entretien régulier des moisissures

Collaborez avec une équipe de fonderie sous pression qui résout les défauts de manière systématique.

Les arrêts à froid sont rarement « juste un problème de paramètres ». Ils nécessitent généralement des améliorations coordonnées dans la conception de l'outillage + le contrôle du processus HPDC + la stratégie de ventilation.

Chez Cast Mold , nous fournissons des services de moulage sous pression et de fabrication de moules à haute pression , y compris la validation DFM/Moldflow et l'optimisation des processus pour aider nos clients à éliminer les défauts tels que les fermetures à froid, les marques d'écoulement et la porosité, avant qu'ils n'affectent la production de masse.