Le moulage sous pression du zinc est une méthode de production flexible qui implique l'injection de matière fondue en alliage de zinc dans un moule spécialement conçu, sous haute pression, afin de créer des pièces complexes et de haute précision. Cette approche est particulièrement appropriée pour les pièces de précision car le zinc a une grande fluidité, un point de fusion bas et peut être usiné avec des tolérances serrées sans beaucoup de post-traitement.
Moulage sous pression du zamak est utilisé dans des secteurs tels que l'automobile, l'électronique, les biens de consommation et les appareils médicaux pour des pièces telles que des connecteurs, des engrenages, des boîtiers et des mécanismes complexes nécessitant des tolérances dimensionnelles et une grande longévité.
La plupart des alliages de zinc sont traités à l'aide de machines à chambre chaude, qui permettent des cycles rapides et une qualité constante. Les pièces précises bénéficient de la capacité du zinc à produire des parois minces, des géométries complexes et des pièces de forme nette, ce qui réduit le gaspillage de matériaux et le temps d'assemblage.
Néanmoins, des taux de réussite élevés sont obtenus lorsque des règles de conception spécifiques sont suivies et que les propriétés des matériaux, la forme et les paramètres de traitement sont pris en compte. Ces règles permettent de réduire les défauts, d'améliorer la fabricabilité et la précision.
Cet article identifie les principales lignes directrices soutenues par les normes industrielles établies par les organisations pour aider les ingénieurs à concevoir des pièces de précision en zinc moulé sous pression.
Avantages du moulage sous pression du zinc pour les pièces de précision
L'utilisation de moulage sous pression du zinc offre plusieurs avantages qui en font l'un des meilleurs matériaux pour les applications de précision.
- Tout d'abord, il offre la meilleure précision dimensionnelle avec des tolérances aussi proches que zéro point cent vingt-cinq (0,025 mm) ou -0,001 pouce (0,025 mm) dans des conceptions optimisées.
- Cette précision est due au faible retrait et à la grande fluidité du zinc, de sorte que le métal en fusion peut être versé dans une cavité de moule complexe et remplie sans quitter le moule pour se solidifier.
- Deuxièmement, le zinc permet le moulage à paroi mince, avec une épaisseur minimale de 0,025 pouce (0,635 mm) en miniature et généralement de 0,040 pouce (1,016 mm) pour améliorer les finitions de surface.
- Cela permet de réduire le poids et les coûts des matériaux, tout en étant suffisamment résistant pour être utilisé dans des pièces de précision légères telles que les boîtiers électroniques et les capteurs automobiles.
- Troisièmement, le processus favorise les géométries complexes, ainsi que les contre-dépouilles, les filetages et les caractéristiques intégrées, qui n'ont souvent pas besoin d'être réusinées.
- La ductilité et la résistance aux chocs du zinc garantissent que les pièces ne sont pas soumises à des contraintes mécaniques, et sa coulabilité réduit également la porosité et les défauts de surface.
- En outre, les composants en zinc peuvent être facilement plaqués, peints ou finis pour les protéger contre la corrosion et leur donner un aspect attrayant.
- Zinc a un point de fusion plus bas (environ 380-390 °C avec les alliages de Zamak) que d'autres métaux tels que l'aluminium ou le magnésium. Cela réduit l'usure des matrices, prolonge la durée de vie des outils et réduit les coûts de production pour les lots en grande quantité.
- Dans le cas de pièces précises, cela se traduit par une constance de haute qualité sur des milliers de cycles. Les avantages environnementaux comprennent la recyclabilité totale, qui s'aligne sur les pratiques de fabrication respectueuses de l'environnement.
Matériau de sélection : Alliages de zinc
Le choix du bon alliage de zinc est important pour les pièces de précision car il affecte les propriétés mécaniques, la coulabilité et les tolérances. Le choix de l'alliage de zinc Zamak coulé sous pression (2, 3, 5, 7) et la série ZA (8, 12, 27) ont des compositions et des propriétés spécifiques.
- Le plus populaire est Zamak 3, qui offre une combinaison de résistance, de ductilité et de stabilité dimensionnelle.
- Le Zamak 5 a une dureté et une résistance à la traction plus élevées, ce qui le rend plus adapté aux pièces sous charge.
- Le ZA-8 offre une meilleure résistance au fluage et peut être utilisé dans des applications à plus haute température.
- Le ZA-27 est plus résistant mais doit être coulé en chambre froide en raison de sa forte teneur en aluminium.
Le tableau ci-dessous résume les types d'alliages de zinc utilisés dans la fabrication de pièces de précision :
| Types d'alliages de zinc | Résistance à la traction (ksi/MPa) | Élongation % | Dureté (BHN) | Densité g/cm³ | Limite d'élasticité (MPa) | Point de fusion °C |
| Zamak 2 | 52/359 | 7 | 100 | 6.6 | 283 | 379-390 |
| Zamak 3 | 41/283 | 10 | 82 | 6.6 | 269 | 381-387 |
| Zamak 5 | 48/328 | 7 | 91 | 6.6 | 283-269 | 380-386 |
| Zamak 7 | 41/283 | 13 | 80 | 6.6 | 310-331 | 381-387 |
| ZA 8 | 54/372 | 6-10 | 100-106 | 6.3 | 359-379 | 375-404 |
| ZA-12 | 59/400 | 4-7 | 95-105 | 6.03 | 145 | 377-432 |
| ZA-27 | 62/426 | 2.0-3.5 | 116-122 | 5.3 | N/A | 372-484 |
Ces propriétés peuvent être utilisées pour s'assurer que les alliages de zinc répondent aux spécifications de précision et que les pièces complexes présentent une grande fluidité (1 à 2 sur une échelle de 1 à 4, 1 étant la meilleure). Pour être plus précis, les fabricants devraient choisir des alliages tels que le Zamak 3 ou le ZA-8 en raison de leur stabilité et de leur capacité à supporter des tolérances serrées.
Principales lignes directrices en matière de conception
Bon moulage sous pression du zinc est conçu pour faciliter l'écoulement et l'éjection tout en maintenant la résistance à un coût minimal.
Épaisseur de la paroi
L'épaisseur de la paroi doit être uniforme pour éviter les porosités et les déformations. Pour les pièces de précision, l'épaisseur ne doit pas dépasser +/-10% et doit être au minimum de 0,040 pouce (1 mm) pour une bonne finition de surface, et aussi fine que 0,020 pouce (0,5 mm) pour les modèles miniatures.
Les rapports entre les sections épaisses et minces doivent être inférieurs à 3:1 pour minimiser les risques de porosité ; de préférence, les rapports entre les diamètres des sphères inscrites ne doivent pas dépasser 6:1.
L'épaississement des parois améliore le débit mais augmente le temps de cycle et la consommation. À des distances éloignées de l'ingrédient, l'épaisseur minimale change : moins de 0,5 mm dans les zones inférieures à 50 mm, jusqu'à 2 mm à 200 mm.
Différentes simulations peuvent être utilisées pour vérifier les conceptions. Dans le cas de la coulée de zinc, il convient de spécifier un minimum de 0,025 pouce (0,635 mm) aux endroits sélectionnés, mais de 0,040 pouce (1,016 mm) aux endroits où la coulée est la meilleure.
Angles d'ébauche
Les angles de dépouille facilitent l'éjection des pièces et évitent d'endommager la matrice. Pour le zinc, les angles de dépouille minimaux sont de 0,5 ° -1 sur les surfaces extérieures, de 1 -1 sur les surfaces intérieures et de 0,1 ° -1 sur les trous ronds. Les pièces courtes qui utilisent des parties mobiles (éléments de matrice) peuvent être imprimées en zéro, mais c'est plus cher.
Pour les nervures, une conicité de 5 à 10 est utilisée lorsqu'elle n'est pas parallèle au retrait. Différentes normes indiquent les calculs de tirage : les tolérances standard sont de 50 (angle de tirage d'environ 1,9 degré à une profondeur de 1 pouce) pour les murs intérieurs et de 100 pour les murs extérieurs. Il existe également des tolérances de précision qui permettent des tracés constants de 60 et 120.
Filets et rayons
Les congés et les rayons doivent toujours être ajoutés, car les arêtes vives entraînent des concentrations de contraintes et l'érosion de la matrice. Le rayon minimum du congé intérieur est de 0,016 pouce (0,4 mm) et celui du congé extérieur de 0,031 pouce (0,8 mm). Des rayons plus grands (jusqu'à 0,063 pouce ou 1,6 mm) améliorent l'écoulement et la résistance.
Des rayons minimaux doivent être utilisés (1,5 mm pour les bossages et les nervures). Le rayon à forte contrainte ne doit pas être inférieur à 1 mm ; les normes suggèrent ±0,08/±0,04 pouces (±2/±1 mm) dans les congés. Cela améliore la durée de vie de la pièce et réduit les fissures.
Côtes et patrons
Les nervures renforcent la structure sans l'alourdir. Créez des nervures peu profondes et arrondies (rapport hauteur/épaisseur ne dépassant pas 3:1) et espacez-les de façon régulière afin qu'elles ne soient pas déformées. Collez les nervures aux murs à l'aide de filets afin d'éviter toute porosité à l'intersection.
La hauteur des bossages utilisés pour le montage ou le filetage doit être égale à leur diamètre, et lorsque le diamètre est important, ils doivent comporter des nervures. La distance entre les bossages doit être de 6,5 mm. Les tolérances sur les hauteurs critiques peuvent être contenues dans les nervures, comme dans les conceptions de précision des nervures de ±0,001 pouce (±0,025 mm).
Trous borgnes et filets
Les trous pratiqués dans le noyau l'allègent et permettent l'insertion d'éléments tels que des fils. Les profondeurs maximales sont d'environ 3 mm de diamètre, 9 mm en aveugle ou 24 mm à travers ; jusqu'à 12 mm de diamètre avec des ouvertures plus grandes. Le diamètre des trous doit être d'au moins 6 mm, le rapport L/D ne doit pas dépasser 4:1 pour les petits trous.
Considérations sur la ligne de séparation
Il est préférable de placer le plan de joint dans la plus grande section possible afin de produire le moins de bavures possible et de faciliter le rognage. Les lignes verticales ou compliquées doivent être évitées ; les angles droits des plans de découpe sont les meilleurs. Les tolérances sur les plans de joint sont la somme des tolérances linéaires, par surface projetée.
| Surface projetée | Tolérance (+in) |
| Jusqu'à 10 | +0.0045 |
| 11-20 | +0.005 |
| 21-50 | +0.006 |
| 51-100 | +0.009 |
Tolérances des pièces de précision
Moulage sous pression du zinc a des tolérances de précision encore plus élevées que la norme, et parfois 65% de ces contrôles spéciaux sont nécessaires. Tolérances linéaires : la précision du premier pouce est de ±0,002 pouce, la précision supplémentaire est de ±0,001.
| Dimension (mm) | Tolérance (mm) |
| 0-25 | 0.10 |
| 26-32 | 0.12 |
| 33-40 | 0.14 |
| 41-50 | 0.16 |
Les tolérances géométriques comprennent le désalignement (0,1 mm TIR même moitié), la planéité (0,005 pouce 3 pouces et moins, précision) et l'angularité. Décalage du plan de joint : +0,004 pouce par rapport au plan de joint à 50 pouces 2.
Éviter les défauts courants
Des épaisseurs mal choisies ou des pores mal placés provoquent des porosités ; réduisez-les avec des parois uniformes et des ingates optimisés par l'IAO. Un refroidissement non uniforme provoque des distorsions, qui sont évitées par des surfaces couronnées et des nervures. Des dépouilles et des congés corrects éliminent les défauts de surface tels que les fermetures à froid. Consultez les fondeurs sur les simulations.
Finitions et opérations secondaires
Le zinc est usinable et peut être facilement post-traité ; cependant, il est conçu pour minimiser le post-traitement. Ajoutez 0,010-0,030 in. de stock d'usinage. Les finitions sont le placage (cosmétique), la peinture ou l'anodisation. Les classes supérieures sont de 32 Ra obtenues telles que coulées.
Applications des pièces moulées sous pression en zinc
Les pièces moulées sous pression en zinc sont très populaires dans l'industrie en raison de leur flexibilité et de la qualité de leur travail.
Industrie automobile
Les composants de moulage sous pression du zinc sont prédominants dans les véhicules, notamment les boîtiers de verrouillage des portes, les composants des ceintures de sécurité, les systèmes de freinage, les composants de la direction, les boîtiers de capteurs et les garnitures décoratives. Ils présentent une résistance aux chocs et une durabilité élevées par rapport à d'autres matériaux.
Télécommunications et électronique
Le zinc est utilisé en électronique dans les connecteurs, les boîtiers, les dissipateurs thermiques et les composants de blindage EMI/RFI. Sa conductivité et sa capacité à fabriquer des composants fins à parois minces permettent la fabrication de composants à petite échelle pour les ordinateurs, les smartphones et les équipements de réseau. Toutes les industries électroniques utilisent des produits fabriqués par moulage sous pression du zinc.
Biens de consommation et matériel informatique
Il est généralement utilisé pour les serrures, les robinets, les poignées, les raccords de plomberie, les jouets et la quincaillerie de construction. Le zinc peut faire l'objet de finitions attrayantes, ne nécessitant qu'un minimum de finition secondaire. Il est également utilisé pour les équipements médicaux, les engrenages de machines industrielles et les supports.
Inconvénients de la coulée sous pression du zinc
Le moulage sous pression du zinc présente de nombreux avantages, mais aussi certaines limites que les fabricants doivent prendre en compte avant d'adopter cette méthode.
Contraintes de taille
Le moulage sous pression du zinc peut être utilisé principalement pour des pièces de petite et moyenne taille. Les composants de grande taille sont difficiles à produire en raison des contraintes liées aux machines de moulage sous pression et à la taille des moules. Pour les grandes sections, d'autres procédés de production peuvent s'avérer plus réalisables et moins coûteux.
Coût initial élevé
Le processus nécessite un outillage précis et des moules spéciaux. Le moulage sous pression du zinc n'est donc pas idéal pour la production de faibles volumes. En revanche, il est rentable pour la production en grande série.
Problèmes de conductivité thermique
Les alliages de zinc sont hautement thermoconducteurs et il est donc difficile de contrôler la chaleur pendant le processus de coulée. Une mauvaise gestion thermique peut entraîner des défauts, d'où la nécessité d'une bonne conception du moule et d'un système de refroidissement.
Conclusion
Moulage sous pression du zinc s'est imposé comme un processus de fabrication efficace pour créer des composants de haute précision aux formes complexes et aux tolérances étroites. Les caractéristiques particulières du matériau, notamment sa grande fluidité, son point de fusion bas, sa grande stabilité dimensionnelle et sa bonne résistance mécanique, font que le moulage sous pression du zinc est bien adapté aux industries où la précision, la longévité et la finesse de la surface sont d'une grande importance.
L'utilisation de principes de conception appropriés, tels qu'une épaisseur de paroi égale, un angle de dépouille suffisant, des congés arrondis, des nervures et des bossages optimisés et la position du plan de joint, peut grandement aider les fabricants à éliminer les défauts tels que la porosité, la distorsion et la bavure.
Ce résultat peut encore être amélioré en choisissant soigneusement un alliage de zinc, tel que Zamak 3, Zamak 5 ou ZA-8, qui convient le mieux aux propriétés mécaniques et aux exigences de l'application.
Les tolérances obtenues avec le moulage sous pression du zinc sont des tolérances de précision qui tendent à réduire l'usinage secondaire, ce qui se traduit par des cycles de production plus rapides et des dépenses totales moindres. Le zinc présente également une excellente aptitude à la finition, ce qui permet de plaquer, de peindre ou de revêtir facilement les pièces, améliorant ainsi leur résistance à la corrosion et leur aspect.
Dans l'ensemble, le moulage sous pression du zinc combine tous ces facteurs (précision, résistance, efficacité, rentabilité). Avec des méthodes de conception appropriées et des fondeurs qualifiés, il peut fournir des pièces de qualité constante pour les secteurs de l'automobile, de l'électronique, des biens de consommation, de l'équipement médical et des industries internes.
FAQ
Pourquoi le zinc est-il utilisé dans le moulage sous pression de zinc de précision ?
Le zinc est un matériau à faible retrait, à haute fluidité, à tolérance serrée et à bonne finition de surface, adapté aux pièces de précision.
Quelle est l'épaisseur minimale de la paroi du zinc moulé sous pression ?
Des composants miniatures de 0,020 pouce (0,5 mm) sont couramment utilisés, bien que 0,040 pouce (1,0 mm) soit également recommandé.
Quel est le meilleur alliage de zinc à utiliser pour les pièces de haute précision ?
Le plus utilisé est le Zamak 3, qui présente une stabilité dimensionnelle et des propriétés mécaniques égales.
Les composants en zinc moulé sous pression peuvent-ils être utilisés pour les filetages et les détails fins ?
Oui, le zinc accepte facilement les trous noyés, les filetages, les contre-dépouilles et les conceptions complexes avec peu d'usinage.
Le moulage sous pression du zinc peut-il être rentable en grande quantité ?
Oui, il est très rentable en raison de la rapidité du cycle, de la longue durée de vie des matrices, de la réduction du post-traitement et de la recyclabilité.
