Pièces automobiles fabriquées par moulage : Sélection des matériaux et des procédés

L'automobile moderne est une machine sophistiquée composée de milliers de pièces distinctes dont la fonction propre est d'assurer la sécurité, les performances et la fiabilité. Le moulage est l'un des divers procédés de fabrication utilisés dans l'industrie automobile. Le moulage est aujourd'hui une procédure irréversible dans laquelle les principales pièces d'un véhicule sont formées en façonnant du métal en fusion pour obtenir des pièces extrêmement détaillées et résistantes. Les moteurs, les transmissions et les systèmes de freinage de la plupart des véhicules comptent parmi les systèmes les plus importants qui nécessitent des pièces fabriquées par moulage. En effet, lorsque les concepteurs et les constructeurs discutent de l'efficacité, de la durabilité et de la rentabilité de la production, le moulage de pièces automobiles est souvent au centre du débat.

L'art du moulage n'est pas nouveau ; il a été inventé il y a des milliers d'années. Cependant, son application dans l'industrie automobile a connu une évolution révolutionnaire pour exploiter les technologies de pointe et les alliages les plus récents qui peuvent répondre aux exigences élevées de la voiture moderne. Le moulage a contribué à permettre aux voitures de maintenir des normes de haute performance à un coût relativement faible grâce à des blocs moteurs légers en aluminium qui sont robustes et à des composants de freinage en fonte résistants.

L'article passe en revue l'histoire de la moulage automobile Il révèle également les raisons pour lesquelles les pièces de fonderie automobile continuent d'être un pilier de l'industrie de la construction automobile.

Histoire de la fonte

C'est en fait le procédé de moulage de l'aluminium qui a pénétré la sphère au milieu du 20e siècle. Le moulage est utilisé dans les véhicules depuis la fin du 19e et le début du 20e siècle, lorsque l'automobile a été mise au point pour remplacer les voitures tirées par des chevaux. Les premiers moteurs exigeaient des pièces puissantes mais peu coûteuses, et le moulage était la solution idéale. L'une des premières méthodes de fabrication des blocs moteurs, des vilebrequins et des carters était le moulage en fonte.

Avec l'essor de l'industrie automobile, les techniques de moulage se sont développées et perfectionnées. Les constructeurs automobiles ont appris qu'ils pouvaient augmenter la consommation de carburant sans réduire la durée de vie des véhicules grâce à des moteurs et des pièces structurelles plus légers. Le moulage est appliqué à différents systèmes des véhicules en fonction de leur application et de leur importance. Enfin, les pièces de fonderie automobile jouent un rôle important en termes de résistance, de précision et de rentabilité afin de réduire les coûts, ce qui explique pourquoi les pièces automobiles sont les géants de l'industrie automobile.

Qu'est-ce qu'une pièce de fonderie automobile ?

Les pièces de fonderie automobile peuvent être définies comme des pièces d'un véhicule qui sont produites en versant du métal en fusion dans un moule, et le métal en fusion qui en résulte durcit pour prendre la forme souhaitée. Cela a permis de fabriquer des composants robustes, solides et complexes qui sont utilisés dans les automobiles, notamment les blocs moteurs, les culasses, les boîtiers de transmission, les tambours de frein et les roues.

Ils sont très populaires depuis les offres de casting :

• Flexibilité de la conception - Des géométries détaillées peuvent être réalisées.
• Pouvoir et résilience - Les métaux sont résistants aux contraintes et à la chaleur intenses.
• Rentabilité - La meilleure solution est la production de masse.
• Polyvalence des matériaux - Il peut être en aluminium, en fer, en acier ou en magnésium.

Dans le cas d'un bloc moteur, celui-ci comporte plusieurs chambres et passages de liquide de refroidissement avec des ouvertures filetées qui peuvent être coulées correctement.

Qu'est-ce que le Casting ?

Le processus de moulage est un type de fabrication dans lequel le métal en fusion est versé dans un moule et laissé à refroidir dans la forme du moule. Après refroidissement, le moulage est retiré, usiné (si nécessaire) et intégré au produit fini. Il s'agit d'une opération qui permet de produire des pièces à la fois solides et géométriquement complexes.

La raison pour laquelle les constructeurs automobiles aiment utiliser le moulage est qu'ils peuvent produire de grandes quantités de pièces compliquées de qualité uniforme. La température de fusion doit également être maintenue à un niveau adéquat afin d'éliminer les défauts tels que la porosité ou le sous-remplissage.

Nous parlons ici non seulement des pièces structurelles importantes des automobiles, mais aussi de celles qui doivent être précises et durables dans des conditions sévères de températures élevées, de pressions et d'usure constante.

Processus de moulage des pièces automobiles

La production en grande quantité automatise également les machines ou les systèmes à haute pression afin de garantir un niveau élevé de précision et de cohérence.

1. Création de modèles

Elle commence par la production d'un modèle, une imitation de la pièce finie. Les modèles sont généralement en bois, en métal ou en plastique. Ils déterminent également la forme et la taille exactes de la cavité du moule dans laquelle le métal en fusion sera coulé.

2. Préparation du moule

Le sable, le métal ou les matériaux céramiques sont utilisés pour former un moule. Les deux moitiés du moule forment la cavité pour façonner la pièce. Des creux peuvent également être introduits dans le moule, comme les passages internes d'un bloc moteur.

3. Fusion du métal

Dans un four, une température contrôlée est utilisée pour faire fondre le métal ou l'alliage sélectionné (fonte, aluminium ou magnésium). Il s'agit d'apporter des propriétés mécaniques à des applications de haute performance telles que les moteurs ou les boîtes de vitesses.

4. Verser

Lorsque le métal est fondu, il est versé dans le moule. Le perçage, le fraisage et le tournage permettent d'obtenir les dimensions et les finitions appropriées.

5. Solidification et refroidissement

Le matériau chauffé est laissé à refroidir et à durcir à l'intérieur du moule, en prenant la forme de ce dernier. La pièce ne doit pas présenter de défaut de retrait ou de fissure dus à des vitesses de refroidissement incontrôlées.

6. Élimination des moisissures

Lors de la solidification, le moule est cassé (dans le cas du moulage en sable) ou le moule est ouvert (dans le cas du moulage permanent et du moulage sous pression). Une pièce brute est alors retirée et transformée en ébauche de coulée.

7. Décorticage et nettoyage

Les matériaux inutiles, y compris les carottes, les rehausses ou les bavures, sont éliminés. La pièce moulée peut être grenaillée ou rectifiée pour nettoyer la surface et faciliter l'usinage.

8. Traitement thermique (si nécessaire)

Les pièces moulées peuvent être traitées thermiquement pour améliorer leur résistance, leur dureté ou leur ténacité. Moulage au sable - Le moulage au sable est l'une des méthodes les plus anciennes et les plus courantes pour donner une forme plus complexe à un moule de sable.

9. Usinage et finition

Bien que le moulage génère des formes presque nettes, de nombreuses pièces automobiles doivent être usinées pour être précises. Il est utilisé pour le bloc moteur, la culasse et le collecteur.

10. Inspection et essais

Enfin, des contrôles de qualité sont effectués sur la pièce moulée. Des essais non destructifs (END), des essais dimensionnels et une inspection des matériaux sont effectués pour s'assurer que la pièce est conforme aux normes de l'industrie avant d'être assemblée dans un véhicule.

Types de méthodes de moulage utilisées dans l'automobile

Il existe plusieurs méthodes de moulage employées dans les automobiles.

• Moulage sous pression - Cette technique consiste à soumettre du métal en fusion à un moule en acier avec une forte pression pour créer des pièces avec une finition lisse et sans erreurs dimensionnelles. Le moulage sous pression est couramment utilisé pour fabriquer des composants légers en aluminium et en magnésium.
• Moulage à la cire perdue - Le moulage à la cire perdue permet d'obtenir une grande précision pour les petites pièces telles que les engrenages, les supports, etc.
• Coulée centrifuge - Cette méthode s'applique principalement aux composants cylindriques tels que les douilles et les manchons, ce qui permet d'obtenir une pièce dense et exempte de défauts.
• Moulage en moule permanent - Comprend des moules réutilisables qui offrent une meilleure précision que le moulage en sable, mais qui sont moins coûteux que le moulage sous pression.

Les constructeurs automobiles choisissent le procédé de moulage en fonction du matériau, de la conception, des exigences de performance et du volume de production.

Matériaux de coulée Automobile

Fonte

L'utilisation de la fonte est l'un des matériaux les plus traditionnels et les plus fréquents dans le domaine de la fonderie automobile. Elle présente de bonnes qualités d'usure, de résistance et peut supporter des températures élevées. Les utilisations comprennent les culasses, les boîtiers de boîte de vitesses, les roues, etc.

Alliages d'aluminium

Les alliages d'aluminium sont également recherchés dans l'industrie automobile parce qu'ils sont légers et insensibles à la corrosion. Les alliages d'acier sont normalement assez résistants et solides pour être utilisés dans les composants soumis à de fortes contraintes et à de fortes charges. Ils sont utilisés pour les engrenages standard, les vilebrequins et les pièces de suspension.

Alliages d'acier

Ils offrent un excellent rapport poids/force et peuvent donc être utilisés comme boîtiers de transmission, volants et supports de tableau de bord. L'acier est plus lourd que l'aluminium, mais il reste très fiable dans des conditions difficiles. Les alliages de cuivre tels que le bronze et le laiton ne sont pas très répandus, mais ils sont très résistants à l'usure et à la corrosion.

Alliages de magnésium

Les alliages de magnésium pèsent encore moins que l'aluminium et deviennent de plus en plus populaires dans les voitures modernes, où l'économie de poids est une préoccupation majeure. Ils sont principalement utilisés dans les petits produits de précision tels que les roulements, les bagues et les raccords, pour lesquels une longue durée de vie est requise.

Alliages de cuivre

Les alliages de cuivre tels que le bronze et le laiton ne sont pas très répandus, mais ils sont très résistants à l'usure et à la corrosion. Ils sont surtout utilisés pour les petits produits de précision tels que les roulements, les bagues et les raccords, pour lesquels une longue durée de vie est nécessaire.

Les fabricants soulignent souvent le fait que les pièces de fonderie automobile fabriquées à l'aide de ces matériaux peuvent résister aux facteurs mécaniques les plus rudes et sont relativement peu coûteuses.

Voici un tableau comparatif des matériaux utilisés pour le moulage des pièces automobiles :

Pièces automobiles majeures en fonte

Le moulage est un aspect essentiel de la fabrication de nombreuses pièces automobiles critiques. Certaines des plus critiques sont :

Blocs moteurs

• L'une des utilisations les plus répandues de la fonte.
• Généralement en fonte ou en alliage d'aluminium.
• Ils doivent pouvoir résister à la chaleur, à la pression et aux vibrations.

Culasses

• Ils sont généralement fabriqués à partir d'aluminium afin de les rendre plus légers.
• Il abrite les soupapes d'admission et d'échappement, les bougies d'allumage et les passages du liquide de refroidissement.

Boîtiers de transmission

• Il s'agit d'alliages légers et résistants d'aluminium ou de magnésium.
• Protéger les engrenages et les arbres de la transmission.

Tambours et disques de frein

• Le fer est souvent utilisé pour sa résistance à la chaleur et sa longévité.
• Les niveaux élevés de friction et de température sont d'une importance capitale pour la sécurité des véhicules.
• Collecteur d'admission (IM) et collecteur d'échappement (EM).
• Moulage au sable en raison de la complexité de leurs formes.
• Répartir le flux d'air ou les gaz d'échappement à l'intérieur du système moteur.

Composants de la suspension

• Les bras de contrôle, les supports, entre autres, sont normalement moulés pour être à la fois solides et fiables.
• Doit être soumis à des pressions routières constantes.

Jantes (jantes en alliage)

• Généralement moulés en aluminium.
• Force, beauté et diminution du poids total.
• Vilebrequins et arbres à cames (dans certains cas)
• Peut être coulé avant d'être usiné.
• Précision et dureté de la demande sur les moteurs et la transmission de la puissance.

Toutes ces illustrations montrent comment l'industrie automobile dépend des pièces automobiles fabriquées par moulage pour assurer la performance et la durabilité.

Viabilité et fiabilité

Les fabricants préfèrent le moulage à d'autres méthodes de fabrication pour plusieurs raisons :

Flexibilité de la conception

Grâce au moulage, il est possible de créer des pièces d'automobile aux formes complexes et aux détails fins. D'autres caractéristiques telles que des parois minces, des cavités internes et des passages complexes peuvent être réalisées directement dans le moule, ce qui minimise l'usinage supplémentaire et permet de gagner du temps de production.

Solidité et durabilité

Les pièces automobiles moulées sont puissantes et durables. Résistance considérable - les matériaux en fonte, en aluminium et en acier sont suffisamment résistants pour supporter une chaleur intense, de lourdes charges et des vibrations constantes. L'industrie automobile a besoin de ces caractéristiques, et tous les composants automobiles sont de qualité standard et sûre.

Rapport coût-efficacité

Après avoir créé un moule, il est possible de couler des milliers de pièces identiques à un coût relativement faible. C'est donc l'un des moyens les moins coûteux de produire de grandes quantités de pièces automobiles en un seul lot.

Options légères

Les alliages légers tels que le magnésium et l'aluminium sont également supportés par le moulage. Ces matériaux permettent de réduire le poids total des véhicules, d'améliorer le rendement énergétique et de réduire les émissions, sans pour autant diminuer la résistance de la structure.

Polyvalence des matériaux

De nombreux métaux différents peuvent être coulés. En fonction de l'objectif de la pièce (haute résistance, résistance à la corrosion, légèreté), les constructeurs automobiles peuvent choisir l'alliage le plus approprié.

La technologie du Smallcasting aujourd'hui

Dans les techniques de moulage modernes, les résultats sont reproductibles à l'intérieur des lots de pièces. Les fabricants tentent frénétiquement d'éliminer ces contraintes en appliquant des techniques supérieures, notamment le moulage sous vide et les simulations informatiques.

Selon les scientifiques de l'automobile, les composants de fonderie automobile sont souvent plus résistants et moins coûteux, et constituent donc la seule solution viable.

Inconvénients et problèmes de la coulée

Il y a aussi des problèmes de casting, bien qu'ils ne présentent pas autant d'avantages :

Défauts dans les pièces coulées

Les défauts de coulée sont l'un des plus grands problèmes de la fonderie. Le composant final peut être affaibli par des problèmes tels que la porosité, les fissures, les cavités de retrait et les inclusions. Ces défauts peuvent nécessiter des essais supplémentaires et une assurance qualité pour garantir la sécurité du composant.

Besoin d'usinage

Malgré les formes presque nettes produites par le moulage, la plupart des composants doivent encore être usinés pour devenir précis. Les sièges de roulements, les trous de boulons et les zones d'étanchéité doivent être finis avec une tolérance serrée. Cette mesure supplémentaire ajoute du temps et des coûts à la production.

Limites matérielles

Tous les métaux ne se prêtent pas forcément à la coulée. D'autres alliages sont difficiles à couler, risquent de se fissurer ou n'offrent pas la résistance souhaitée. Cela limite le choix des matériaux dans certains composants automobiles et oblige même les fabricants à chercher d'autres solutions.

Consommation d'énergie élevée

Le moulage est également un processus à haute température qui consomme beaucoup d'énergie lors de la fusion des métaux. Le processus de moulage est donc très énergivore par rapport à d'autres processus de production, ce qui pose des problèmes de coût et d'environnement.

Préoccupations environnementales

Outre la consommation d'énergie, le moulage produit également des déchets d'émission tels que le sable usagé, le laitier et les émissions de fusion des fours. Ces sous-produits sont d'autant plus difficiles à traiter que les constructeurs automobiles adoptent des processus de fabrication plus respectueux de l'environnement.

La technologie du moulage aujourd'hui

La technologie de moulage est conçue pour répondre aux exigences des voitures électriques et de la durabilité :

• Systèmes de coulée automatisés - réduire les pertes et augmenter la précision.
• Impression 3D de moules - Développement plus rapide de prototypes.
• Alliages haute performance - Plus résistants et moins lourds que les modèles ordinaires.
• Intégration des VE - EVs De grandes pièces d'aluminium moulées en une seule pièce (parfois appelées "giga-castings") sont actuellement utilisées pour la production du châssis des véhicules électriques.

Les innovateurs soulignent que les pièces automobiles produites par moulage évoluent avec la nouvelle génération de véhicules.

Comparaison technique des matériaux utilisés dans la fonderie automobile

Un tableau plutôt technique des matériaux utilisés dans la fonderie automobile, dont voici une version élargie avec les propriétés techniques les plus importantes, les avantages et l'utilisation :

Il se présente sous une forme technique/ingénierie avec les propriétés numériques (densité, résistance à la traction, conductivité thermique), les avantages et les applications.

Considérations environnementales

L'industrie automobile s'intéresse de plus en plus au développement durable. Le moulage est un processus qui consomme de l'énergie, mais le recyclage et l'amélioration des techniques de fusion permettent de minimiser ses effets sur l'environnement. La quantité d'énergie utilisée pour recycler l'aluminium, comme le métal recyclé, est bien inférieure à celle utilisée pour fabriquer du métal neuf.

L'objectif de la fabrication écologique est de faire en sorte que les pièces de fonderie automobile soient non seulement durables, mais aussi respectueuses de l'environnement.

Perspectives d'avenir

L'avenir du moulage automobile s'annonce prometteur. Les véhicules électriques font leur apparition, ce qui signifie que des pièces légères mais puissantes sont plus que jamais nécessaires. L'utilisation de grands aluminium moulé est de minimiser le nombre de pièces impliquées dans la fabrication d'ensembles automobiles et de les produire plus rapidement et à moindre coût.

Là aussi, la croissance sera tirée par les marchés émergents, car les techniques de fabrication abordables et durables sont nécessaires pour produire des véhicules en grand nombre.

Conclusion

Depuis l'apparition de l'industrie automobile, le moulage a été la principale industrie de fabrication d'automobiles et il en est toujours ainsi aujourd'hui. Le monde de l'automobile n'aurait pas pu être ce qu'il est aujourd'hui sans les pièces moulées (blocs moteurs, pièces de suspension, etc.). Le moulage continuera d'être l'un des processus les plus importants de l'industrie automobile grâce aux innovations modernes, aux pratiques durables et à l'inclusion dans la production de véhicules électriques.

En bref, la dépendance à l'égard des pièces automobiles produites par moulage peut également montrer qu'un procédé éprouvé est capable de s'adapter aux exigences du nouveau siècle et à ses défis. De même, la puissance, la nature économique et la polyvalence des pièces de fonderie automobile en font une légende du transport actuel et futur.

FAQ

1. Qu'est-ce qu'une pièce automobile moulée ?

Les pièces automobiles moulées sont des éléments créés en versant du métal liquide dans un moule, qui durcit pour former la forme souhaitée. Il est largement utilisé pour fabriquer des blocs moteurs, des culasses, des boîtiers de transmission, des pièces de freinage et des roues.

2. Quelle est donc l'importance du moulage dans le monde de l'automobile ?

L'une des raisons pour lesquelles le moulage est important est qu'il permet de produire des pièces complexes et durables en grandes quantités à un coût relativement faible. Elle est également flexible dans la conception, permet d'utiliser des alliages légers et assure l'uniformité dans de grandes quantités de production.

3. Quels sont les matériaux typiques des pièces de fonderie automobile ?

Les plus courants sont la fonte, les alliages d'aluminium, les alliages d'acier, les alliages de magnésium et les alliages de cuivre. Chaque matériau sera sélectionné en fonction des performances du composant, telles que la solidité, le poids, l'usure et la résistance à la chaleur.

4. Quels sont les avantages du moulage sur les pièces automobiles ?

Les avantages du moulage sont la liberté de conception, le faible coût, la résistance et la durabilité élevées, la possibilité d'utiliser des alliages légers et une qualité constante dans la fabrication en grande série. C'est la raison pour laquelle il s'agit d'un moyen privilégié de produire des pièces importantes de l'automobile.

5. Quels sont les principaux problèmes ou limitations liés au moulage en voiture ?

Les défauts de moulage (porosité ou fissures), l'usinage supplémentaire pour atteindre la précision, la limitation du matériau, l'utilisation d'énergie élevée et les problèmes environnementaux causés par les émissions et les déchets sont les principaux défis à relever.