Qu'est-ce que la coulée par gravité ? Points clés pour les fabricants

À l'ère de la fabrication moderne, le moulage des métaux est très important pour produire des composants de haute qualité aux géométries complexes. Le moulage sous pression par gravité est l'un des moyens les plus efficaces d'y parvenir. Ce procédé est une combinaison de précision, d'efficacité et de rentabilité ; c'est donc une solution privilégiée pour les industries telles que l'automobile, l'aérospatiale et l'équipement industriel. Par essence, le moulage par gravité consiste à utiliser la force de gravité pour remplir un moule de métal sans avoir recours à un équipement à haute pression, ce qui rend le processus peu complexe dans sa mise en œuvre. Si vous êtes étudiant en ingénierie, responsable de production ou simplement intéressé par les technologies de moulage, il est essentiel d'apprendre ce qu'est le moulage par gravité pour avoir une vue d'ensemble de la production de métal.

Les principes de base du moulage par gravité de l'aluminium, son déroulement, les facteurs importants tels que la température et la durée, le type de matériaux utilisés, ainsi que ses avantages et ses inconvénients, de même que les applications courantes, sont abordés dans cet article.

Comment fonctionne le moulage par gravité de l'aluminium ?

Le moulage par gravité de l'aluminium est un procédé de moulage permanent couramment utilisé pour la fabrication de pièces métalliques en aluminium non ferreux. Le moulage par gravité de l'aluminium consiste à couler de l'aluminium en fusion dans un moule métallique réutilisable sous l'effet de la seule gravité. Au lieu du moulage sous haute pression, qui utilise des milliers de psi pour comprimer le métal dans le moule, le moulage par gravité utilise uniquement les forces gravitationnelles naturelles, ce qui permet à l'alliage métallique en fusion de s'écouler dans les cavités du moule sans aucune restriction.

Voici le processus typique de cette activité :

1. Préchauffée à environ 150-300° C pour éviter les chocs thermiques et favoriser un écoulement régulier du métal, la matrice métallique (généralement en fonte ou en acier) est poussée vers le moule métallique.
2. La matrice est recouverte d'un lubrifiant en céramique ou en graphite afin que le métal en fusion n'y adhère pas.
3. Le métal en fusion (sous forme d'aluminium, de magnésium ou d'alliage de cuivre), chauffé à environ 650-750°C (selon le type de matériau), est versé dans la matrice.
4. Le métal fondu est poussé dans la cavité du moule par une tige de coulée et occupe tout le moule sous l'effet de la gravité.
5. La matrice solidifie la pièce moulée dans un délai de 20 à 90 secondes, en fonction de la taille et du matériau.
6. La filière est ensuite ouverte et le produit est éjecté manuellement ou retiré de la filière.
7. Avant que le produit n'atteigne son stade de finition, l'excédent de matériau des coulisses et des carottes est coupé.

Comme le procédé fait appel à la gravité et non à la pression mécanique, la mise en place de l'équipement est simplifiée et les coûts d'entretien et d'outillage sont généralement moins élevés.

Processus étape par étape de la coulée sous pression par gravité

La technique de moulage sous pression par gravité est appréciée pour sa facilité de répétabilité et sa capacité à produire un métal de haute qualité avec des tolérances serrées. Contrairement au moulage sous pression, elle utilise la seule force de gravité pour remplir la cavité du moule, ce qui rend l'ensemble du processus plus rentable et moins encombrant sur le plan mécanique.

Vous trouverez ci-dessous un guide étape par étape sur la manière dont le moulage par gravité de l'aluminium est réalisé dans une installation ordinaire :

1. Préparation du moule

Le processus initial du moulage par gravité de l'aluminium consiste à préparer le moule, également connu sous le nom de matrice. L'acier ou la fonte sont généralement utilisés pour fabriquer ces moules qui sont destinés à des utilisations répétées. Le moule est nettoyé correctement après la coulée du métal afin d'éliminer les résidus laissés par les coulées précédentes.

Après le nettoyage, le moule est préchauffé à une température comprise entre 150°C et 300°C. Le préchauffage permet d'éviter que l'alliage d'aluminium en fusion ne soit refroidi trop rapidement au contact, ce qui entraînerait des défauts tels que des fermetures à froid ou un remplissage inadéquat. Un agent de démoulage, généralement un revêtement à base de graphite ou de céramique, est appliqué sur la surface interne du moule. Il remplit deux fonctions : veiller à ce que l'alliage d'aluminium en fusion ne colle pas à la matrice et aider à obtenir une finition plus lisse sur le produit final.

2. Alliage d'aluminium Fusion

La préparation du moule est suivie de la fusion de l'alliage métallique sélectionné. Les quantités d'alliages métalliques sont placées dans un four et fondues à la température de coulée qui dépend de l'alliage. Par exemple, les points de fusion des alliages d'aluminium se situent généralement entre 650°C et 750°C, tandis que les alliages à base de cuivre peuvent nécessiter des points de fusion entre 900°C et 1100°С.

Il est extrêmement important de contrôler précisément la température de fusion. Un chauffage excessif pourrait entraîner une oxydation accrue ou une absorption de gaz, tandis qu'un chauffage insuffisant pourrait entraîner un remplissage incomplet des moules ou des propriétés mécaniques médiocres.

3. Couler le métal en fusion alliage

Lorsque la bonne température de fusion est atteinte, le métal en fusion est versé dans le moule préchauffé. Dans le moulage par gravité, il n'y a pas d'application d'une force mécanique ou même d'une pression. La gravité fait que les alliages d'aluminium s'écoulent par des moyens naturels dans l'entrée de la cavité du moule à travers un ensemble de tiges et de portes.

Cette étape nécessite une coulée lente et contrôlée afin de ne pas créer de turbulences susceptibles de piéger les gaz et d'entraîner des porosités dans le moulage. Dans certains systèmes avancés, il est possible d'incliner très lentement le moule pendant la coulée - le moulage par gravité à inclinaison pour créer un flux de métal lisse et régulier.

4. Remplissage de la cavité du moule

Une fois que le métal en fusion pénètre dans le moule, il remplit toutes les parties de la cavité sous la forme de la matrice. La conception du moule est très importante à ce stade. Des systèmes d'obturation bien conçus répartiront le métal de manière à éviter les turbulences, les points froids ou les zones susceptibles de se rétracter.

Comme la gravité seule est utilisée pour l'écoulement du métal, il est nécessaire que le métal soit coulé à la vitesse et à la température appropriées. L'absence de contrôle du débit peut entraîner des défauts tels que des remplissages incomplets ou des fermetures à froid, c'est-à-dire des endroits où deux fronts de métal se touchent mais ne fondent pas ensemble.

5. Solidification et refroidissement

Une fois la cavité remplie, l'alliage métallique en fusion commence à refroidir et à devenir solide. Le temps de refroidissement dépend de la taille et de la complexité de la pièce moulée, ainsi que du type de métal utilisé. Par exemple, les petites pièces en aluminium peuvent se solidifier en 20 à 30 secondes, tandis que les pièces plus grandes ou plus épaisses peuvent nécessiter 60 à 90 secondes, voire plus.

Dans la plupart des cas, la filière est refroidie à l'eau afin d'aider à contrôler le taux de refroidissement. Le refroidissement contrôlé permet d'améliorer la structure du grain et les contraintes internes, et de les réduire, ce qui rend les pièces moulées plus solides et plus fiables.

6. Ouverture de la matrice et retrait des pièces

Le moule est ouvert après la solidification de l'alliage d'aluminium. Selon la conception, la pièce coulée peut être retirée manuellement ou éjectée par la pression exercée par les broches d'éjection mécaniques incorporées dans le moule. Comme la coulée en coquille utilise une matrice métallique, le moule peut être réutilisé pour des milliers de cycles, ce qui rend le procédé rentable pour les volumes moyens à élevés.

Même s'il faut retirer des pièces, il faut veiller à ne pas endommager la pièce coulée ou le moule. À ce stade, le moulage a encore laissé l'excédent de matériau des patins et des portes, qui doit être enlevé à l'étape suivante.

7. Parage et finition

La coulée extraite a tendance à comporter du métal supplémentaire, qui est attaché à la tige de coulée et au système de fermeture. Ce matériau est coupé mécaniquement à l'aide d'une scie, de cisailles ou d'outils de meulage. D'autres opérations de finition peuvent inclure l'ébavurage, le grenaillage, l'usinage ou le traitement thermique, selon les spécifications du produit.

L'objectif de cette étape est d'affiner l'aspect du moulage, d'en augmenter la précision dimensionnelle et de le préparer à sa fonction finale ou au travail d'assemblage.

8. Inspection et contrôle de la qualité

Le dernier processus de la méthode de moulage par gravité est l'inspection. Les défauts de surface, les tolérances dimensionnelles et les défauts internes des pièces moulées sont testés de manière fiable. Les inspections visuelles sont effectuées en premier lieu et, en fonction des besoins, suivies par d'autres techniques plus avancées telles que :

• Un test aux rayons X est demandé pour identifier la porosité interne ou le rétrécissement.
• Fissures superficielles par ressuage.
• Contrôle par ultrasons de la cohérence structurelle
• Essais de pression, en particulier pour les composants de traitement des fluides

Seules les pièces moulées qui ont passé tous les contrôles de qualité sont autorisées à être utilisées ou livrées aux clients. Les pièces rejetées sont généralement fondues et recyclées, ce qui permet de réduire les déchets de matériaux.

Types de moulage sous pression

Le moulage sous pression par gravité est un procédé polyvalent qui se présente sous diverses formes visant à répondre à des besoins variés en termes de géométrie des pièces, de matériaux et de production. Même si l'essence de l'idée - remplir un moule métallique à l'aide de la gravité - est conservée, le processus de moulage par gravité a des types spécifiques, ou plutôt des méthodes que différents fabricants appliquent pour satisfaire une application particulière.

1. Moulage par gravité à moule permanent

Il s'agit de la forme la plus typique de moulage par gravité. La production de grandes quantités d'un même composant se fait à l'aide d'un moule métallique réutilisable (généralement en acier ou en fonte). Le moule est préchauffé, puis recouvert d'un agent de démoulage et rempli de métal en fusion. La pièce est ensuite extraite du moule après solidification, puis recyclée.

Applications : Composants automobiles, raccords de tuyauterie et corps de pompe

Avantages : Grande précision dimensionnelle, bon état de surface et longue durée de vie du moule

2. Moulage sous pression par gravité

Le moule est lentement incliné pendant le processus de coulée dans cette méthode. Cela permet au métal en fusion de remplir lentement et uniformément la cavité du moule, évitant ainsi les turbulences et les risques d'emprisonnement de gaz ou de coupures froides.

Applications : Composants à parois minces ou pièces susceptibles d'emprisonner de l'air

Avantages : Amélioration de la solidité interne, amélioration de la surface et diminution de l'apparition de défauts

3. Moulage par gravité à basse pression (hybride)

Techniquement, il s'agit d'une catégorie distincte, bien que certains puissent la considérer comme une variante où une faible pression de gaz (généralement de 0,7 à 1,5 bar) est appliquée au métal en fusion pour le pousser doucement dans la matrice. Elle cumule les avantages de la simplicité de la coulée par gravité et ceux du contrôle de la pression.

Applications : Les roues et les composants structurels des véhicules sont également fabriqués à partir de pièces moulées de haute intégrité.

Avantages : Meilleur contrôle de l'écoulement du métal, meilleures propriétés mécaniques

4. Coulée par gravité assistée par un noyau de sable

La méthode consiste à utiliser des noyaux de sable qui sont insérés dans le moule métallique où ils permettent de former les cavités internes ou les contre-dépouilles qu'il ne serait jamais possible de créer en utilisant uniquement un moule métallique solide.

Applications : Composants complexes de moteurs, corps de soupapes

Avantages : Permet la fabrication de pièces de pointe tout en bénéficiant de la durée de vie prolongée d'un moule permanent. 

Tableau : Types de moulage sous pression

Matériaux utilisés dans le moulage sous pression par gravité 

Le moulage sous pression par gravité est l'un des procédés de moulage permanent les plus courants ; il s'applique principalement aux alliages non ferreux. Les matériaux utilisés dans ce processus doivent avoir une grande fluidité, des points de fusion modérés et une excellente coulabilité, afin que le métal en fusion puisse remplir la cavité du moule sans défaut. Étant donné que la coulée par gravité n'utilise que la gravité pour remplir le moule sans pression externe, la sélection du matériau est un facteur encore plus critique pour atteindre la précision dimensionnelle, la qualité de surface et la résistance. Les principaux matériaux utilisés pour le moulage sous pression par gravité sont les suivants ;

Alliages d'aluminium

L'aluminium est le matériau le plus couramment utilisé dans le processus de moulage sous pression par gravité en raison de sa légèreté, de sa résistance exceptionnelle à la corrosion et de sa facilité de moulage. Les alliages d'aluminium typiques sont l'A356, l'AlSi12 et l'A319. Ces alliages offrent un bon mélange de résistance, de ductilité et de conductivité thermique, ce qui les rend appropriés pour les pièces automobiles telles que les blocs moteurs, les culasses, les boîtiers de transmission et d'autres pièces de structure.

Les alliages d'aluminium utilisés pour le moulage sous pression par gravité fondent généralement à une température comprise entre 660°C et 750°C. L'aluminium en fusion s'écoule en douceur dans le moule métallique et se refroidit rapidement, formant une structure dense à grains fins. Ces pièces peuvent également être soumises à un traitement thermique T5 ou T6, qui améliore les performances mécaniques. Le moulage par gravité en aluminium offre une grande précision dimensionnelle, une bonne finition de surface et une longue durée de vie lorsque le moule est bien entretenu.

Alliages à base de cuivre

La coulée par gravité est également possible avec les alliages de cuivre, en particulier le bronze et le laiton. Ces matériaux sont utilisés lorsqu'une résistance élevée à l'usure, une excellente solidité et une superbe conductivité thermique/électrique sont nécessaires. Par exemple, les pièces coulées en bronze sont utilisées dans des domaines tels que les hélices marines, les corps de pompe et les roulements, tandis que le laiton est utilisé dans des domaines tels que les appareils sanitaires et la quincaillerie décorative.

Les températures de fusion des alliages à base de cuivre sont plus élevées, de l'ordre de 1000° à 1200° Celsius. Cela permet au matériau de la matrice de tolérer les contraintes thermiques et le processus de coulée doit être bien contrôlé pour éviter l'oxydation et les défauts de rétrécissement. La coulée par gravité à l'aide d'alliages de cuivre peut produire des pièces solides avec un service exceptionnel dans des conditions extrêmes si elle est correctement contrôlée.

Alliages de magnésium

Les alliages de magnésium sont incorporés dans le moulage sous pression par gravité lorsque la conception de structures légères est une préoccupation majeure, notamment dans l'aérospatiale et l'automobile. Parmi les alliages les plus courants, on trouve l'AZ91D, qui présente un bon équilibre entre la solidité, la coulabilité et la résistance à la corrosion. Son principal avantage est sa faible densité d'environ 1,8 g/cm³, ce qui signifie qu'il s'agit du métal structurel le plus léger qui soit appliqué.

Les alliages de magnésium sont liquéfiés à environ 600°C - 650°C. En raison de leur forte réactivité, ils doivent être coulés dans des environnements protecteurs ou à l'aide de fondants pour éviter l'oxydation et les brûlures. Néanmoins, la coulée par gravité permet de produire des composants en magnésium avec un bon degré de précision et moins de déchets que d'autres procédés de formage.

Alliages de zinc

Bien que le zinc soit plus adapté aux procédés de moulage sous pression, il a également été utilisé pour le moulage par gravité dans le cadre d'applications spécifiques, notamment pour les petites pièces ajustées aux tolérances plus étroites. Les alliages de zinc, comme le Zamak 3 et le Zamak 5, sont privilégiés en raison de leur faible point de fusion (environ 385 °C), de leur bonne fluidité et de la reproduction de détails fins dans les moules.

Les pièces moulées par gravité en zinc sont utilisées dans les produits électroniques et les produits de consommation, ainsi que dans les pièces mécaniques à faible charge. Le principal avantage de l'utilisation du zinc dans le moulage par gravité est la possibilité de réaliser des arêtes vives et des caractéristiques fines sans avoir recours à de nombreux processus d'usinage. Toutefois, en raison de sa faible résistance mécanique par rapport à l'aluminium ou au cuivre, il ne peut être utilisé que dans des applications non structurelles.

Alliages d'aluminium renforcés au silicium

Les alliages d'aluminium riches en silicium comme AlSi12 sont idéaux pour le moulage sous pression par gravité, car le silicium ajouté augmente la fluidité, diminue le retrait et augmente la résistance à l'usure. Ces alliages sont largement utilisés dans les pièces de moteur, les pièces de freinage et les boîtiers hydrauliques, où la stabilité dimensionnelle et la résistance sont importantes.

La teneur en silicium, comprise entre 7 et 12%, améliore encore la capacité de l'alliage à remplir des moules de formes complexes sans déchirure à chaud ni porosité gazeuse. Ces alliages cristallisent de manière cohérente, ce qui réduit le nombre de défauts et le nombre de traitements ultérieurs.

Alternatives au moulage sous pression par gravité

Le moulage sous pression est une technique couramment utilisée pour fabriquer des pièces métalliques de volume moyen à élevé présentant des propriétés mécaniques satisfaisantes. Mais ce n'est pas toujours le meilleur choix. Un certain nombre de facteurs tels que la complexité de la pièce, la finition de surface souhaitée, le coût et le volume de production sont essentiels pour déterminer le type de techniques de moulage. Dans de tels cas, les fabricants peuvent avoir recours à d'autres procédés de moulage. Un examen approfondi des principales alternatives à la coulée par gravité, de leurs forces, de leurs faiblesses et de leurs applications habituelles est présenté ci-dessous.

Moulage au sable

La méthode de moulage la plus traditionnelle et la plus souple est le moulage en sable. Elle consiste à travailler avec la cavité du moule en préparant un mélange de sable qui est généralement lié à de l'argile ou à des liants chimiques. Un modèle, généralement en bois ou en métal, est utilisé pour façonner le moule en sable. Une fois le moule formé, le métal en fusion est versé dans la cavité.

Ce procédé est particulièrement adapté aux volumes de production faibles à moyens, aux pièces de grande taille ou aux pièces présentant des structures géométriques internes complexes qui ne peuvent pas être facilement obtenues dans le métal moulé solide. Le moulage au sable est relativement moins coûteux en ce qui concerne le coût de l'outillage, et convient donc au prototypage ou aux commandes personnalisées.

Toutefois, le moulage en sable donne lieu à une finition robuste et à une précision de dimensionnement inférieure à celle du moulage par gravité. Le moule est détruit après chaque utilisation, ce qui augmente le temps de production et le gaspillage de matériaux pour les gros volumes. Néanmoins, le moulage en sable est une option flexible lorsque le coût des installations n'est pas une priorité.

Moulage sous pression

Le moulage sous haute pression (HPDC) utilise l'injection de métal en fusion dans un moule en acier sous haute pression, c'est-à-dire entre 600 et 1200 bars (1 pression). Cette méthode permet de créer des formes complexes avec une grande précision dimensionnelle et une qualité de surface à grande vitesse.

Le HPDC est particulièrement utile pour la fabrication de pièces à parois minces, qu'il ne serait pas possible de couler avec la seule technologie de la gravité. C'est une pratique courante dans les secteurs de l'automobile, de l'électronique et de l'électroménager. Les temps de cycle courts et les niveaux élevés d'automatisation en font une solution rentable pour la production de très grands volumes.

Les principaux inconvénients par rapport au moulage sous pression sont le coût prohibitif de l'outillage, ainsi que la propension au piégeage des gaz, qui peut entraîner une porosité dans le produit moulé final. En outre, en raison de la pression élevée, le processus est généralement limité aux petites pièces et peut ne pas être utilisable pour des pièces plus grandes ou plus épaisses.

Moulage sous pression

Le moulage sous pression (LPDC) est une version modifiée du moulage par gravité. Plutôt que de verser simplement le métal en fusion dans le moule, une pression positive (entre 0,7 et 1,5 bar) est appliquée dans la chambre du four, ce qui fait monter le métal en fusion dans le moule par l'intermédiaire d'un tube appelé tube de remontée.

Cette méthode permet de mieux contrôler le flux de métal et de minimiser le risque de porosité du gaz. Elle est couramment utilisée dans les applications qui requièrent des pièces de haute intégrité, comme dans le cas des roues automobiles et des pièces structurelles en aluminium. Le LPDC permet également d'améliorer les qualités mécaniques et les taux de rebut par rapport au moulage sous pression par gravité.

Néanmoins, ce contrôle accru a un prix. La technologie est plus compliquée et plus coûteuse, et le processus est plus long. Même dans ces conditions, le LPDC est souvent choisi lorsqu'une meilleure qualité de coulée et une meilleure intégrité interne sont nécessaires.

Moulage centrifuge

La coulée centrifuge consiste à faire tourner le moule à grande vitesse et à y verser le métal en fusion. Les forces centrifuges poussent le métal contre les parois du moule, ce qui permet de réduire la porosité et de créer une structure à grain extrêmement fin.

Cette technique convient aux pièces cylindriques ou tubulaires, c'est-à-dire aux tuyaux, aux bagues et aux douilles. En raison de la cristallisation directionnelle et de la constitution dense, les pièces formées ont tendance à avoir des propriétés mécaniques élevées et de faibles propriétés d'usure.

Le moulage par centrifugation est toutefois très limité en ce qui concerne la géométrie des pièces - il ne peut être utilisé que pour des formes symétriques et les caractéristiques internes complexes sont difficiles à mettre en œuvre. L'installation et l'équipement initiaux sont également assez spécialisés, ce qui s'avère être un obstacle pour certaines opérations. Toutefois, dans le cas de pièces rondes à haute performance, la coulée centrifuge constitue une bonne option par rapport à la coulée par gravité.

Coulée à la cire perdue (Investment Casting)

Le moulage à la cire perdue est un processus qui consiste à créer une forme en cire de la pièce à produire, à appliquer une céramique (revêtement) et à faire fondre la cire pour laisser une cavité. Le métal chaud est ensuite coulé dans cette cavité afin de produire la pièce finale.

Ce procédé est très utile car il permet de fabriquer des pièces très complexes et détaillées avec une forme presque nette. Il est parfait pour les pièces de taille relativement petite à moyenne qui nécessitent une grande précision dimensionnelle et des caractéristiques esthétiques d'une finition de surface de qualité, comme les pales de turbine, les composants aérospatiaux et la joaillerie.

Par rapport au moulage par gravité, le moulage à la cire perdue a une cadence de production plus lente et un coût élevé par pièce, surtout lorsque le volume est important. Les moules sont également jetables et comportent des étapes plus importantes. Toutefois, pour les pièces compliquées qui ne peuvent pas être fabriquées par moulage par gravité, le moulage à la cire perdue est normalement la meilleure option.

Quand utiliser des alternatives ?

Le choix de la meilleure alternative au procédé de moulage par gravité dépend des besoins de la pièce et des conditions de production. Par exemple, le moulage en sable sera idéal pour les pièces uniques ou les pièces lourdes et de grande taille. Le moulage sous pression convient à la production à grande échelle, qui nécessite des détails grossiers. Le moulage sous pression est parfait si l'objectif est d'améliorer l'intégrité interne. Le moulage centrifuge est incontournable pour les pièces rondes, tandis que le moulage à la cire perdue convient mieux aux pièces complexes et très précises.

Avec chaque méthode, vous obtiendrez un ensemble différent de compromis en ce qui concerne le prix, l'outillage, la vitesse et la qualité des pièces. Ce faisant, la décision réside généralement dans l'équilibre entre ces facteurs, la fonction et l'aspect esthétique du produit fini.

Paramètres du processus : Température, pression et temps 

Plusieurs paramètres techniques influencent la réussite du moulage sous pression par gravité :

1. Température de coulée

Cette température est généralement comprise entre 650 et 750 °C pour les alliages d'aluminium. Une coulée trop chaude peut entraîner l'emprisonnement de gaz et la formation de porosités. S'il est trop froid, le métal risque de ne pas pénétrer complètement dans le moule.

2. Température du moule

Les moules sont normalement chauffés à une température comprise entre 150 et 300 °C. Les moules préchauffés garantissent que le métal ne se solidifie pas trop tôt et que l'écoulement du métal est plus régulier.

3. Temps de refroidissement

Il faut laisser le métal se solidifier avant de le retirer après la coulée. Les temps de refroidissement varient en fonction de l'alliage et de la géométrie de la pièce, mais ils sont généralement compris entre 20 et 90 secondes.

4. Gravité uniquement (pas de pression externe)

Le moulage par gravité n'utilise aucune force extérieure, contrairement au moulage sous pression. Cette simplicité a pour effet de réduire les coûts et l'usure des équipements.

5. Lubrification et revêtement

Les surfaces des matrices sont lubrifiées pour faciliter le démoulage et l'état de surface. Les revêtements typiques comprennent le nitrure de bore et les suspensions de graphite.

Ces trois paramètres doivent être très bien contrôlés pour optimiser les pièces coulées de haute qualité avec des défauts minimes tels que la porosité, le retrait et les coupures à froid.

Applications de la coulée sous pression par gravité 

Le moulage sous pression par gravité est l'une des méthodes de moulage des métaux les plus répandues, qui a trouvé une large application dans diverses industries en raison de sa capacité à produire des pièces précises, durables et complexes à partir de métaux non ferreux. Le procédé offre une grande répétabilité, des propriétés mécaniques adéquates et un contrôle dimensionnel étroit, ce qui le rend adapté aux applications structurelles et fonctionnelles. Vous trouverez ci-dessous les principaux secteurs et quelques exemples où la coulée par gravité est utilisée de manière critique.

1. L'industrie automobile

L'industrie automobile est l'un des plus gros consommateurs de composants moulés par gravité. Cette technique est parfaite pour l'industrie automobile. la fabrication de pièces qui doivent présenter des caractéristiques de solidité, de résistance à la chaleur et de stabilité dimensionnelle.

Les principales applications sont les suivantes :

• Culasses et blocs moteurs
• Étriers de frein et maîtres-cylindres
• Supports de suspension et bras de contrôle
• Boîtiers de transmission

Le moulage par gravité permet de créer des géométries complexes dont les surfaces internes sont lisses, ce qui est très important pour le transport efficace des fluides dans les moteurs et les freins. Les composants fonctionnent à des températures comprises entre 90 et 120 °C, mais la résistance du matériau est une préoccupation majeure lors de la conception.

2. Aérospatiale et aviation

La réduction du poids et la fiabilité sont importantes dans les applications aérospatiales. Le moulage sous pression est utilisé pour les pièces qui doivent être légères tout en étant durables et sans compromis en ce qui concerne la résistance dimensionnelle et la résistance à la fatigue.

Les pièces moulées typiques de l'aérospatiale comprennent

• Supports de montage
• Composants du logement
• Systèmes de conduits d'air
• Couvercles de moteur

Les alliages d'aluminium et de magnésium sont généralement choisis pour les pièces aérospatiales en raison de leur rapport résistance/poids élevé. Les pièces moulées doivent résister aux charges atmosphériques, aux variations de température, de -55°C à 125°C en vol, et aux vibrations mécaniques pendant le vol.

3. Machines industrielles

La coulée par gravité est utilisée dans les machines lourdes et les équipements industriels pour produire des pièces qui doivent être solides et résistantes à l'usure sous des contraintes accrues.

Les composants les plus courants sont les suivants

• Carters d'engrenages
• Corps de pompe
• Corps de compresseurs
• Collecteurs

Ces pièces moulées sont généralement en alliage d'aluminium ou de bronze, certains modèles présentant des variations d'épaisseur de paroi et des cavités internes complexes. Les pressions de fonctionnement peuvent varier de 10 à 150 bars, selon le système.

4. Enceinte électrique et électronique

La coulée par gravité est utilisée pour le moulage de boîtiers résistants à la chaleur et à la corrosion pour les composants électriques et électroniques délicats.

Applications typiques :

• Boîtiers de moteur
• Corps des appareils d'éclairage
• Boîtes de jonction
• Ailettes de refroidissement pour dispositifs de puissance

Les composants doivent assurer une excellente dissipation de la chaleur et une stabilité dimensionnelle tout en empêchant les facteurs environnementaux, notamment la poussière et l'humidité, de s'infiltrer. Les alliages aluminium-silicium sont largement utilisés à cette fin en raison de leur conductivité thermique et de leur résistance à la corrosion.

5. Marine et construction navale

Les applications marines nécessitent des matériaux qui résistent à la corrosion par l'eau salée et à une exposition constante à l'humidité. Le moulage sous pression par gravité est utilisé pour produire des pièces solides qui fonctionnent de manière fiable dans de telles circonstances.

Voici quelques exemples :

• Boîtiers d'hélice
• Corps de vanne
• Corps de pompe à eau
• Raccords et accouplements

Dans ce cas, les matériaux habituellement utilisés sont le bronze et les alliages aluminium-bronze. Ces pièces moulées sont plus susceptibles d'être étanches à la pression et de fonctionner dans des conditions d'humidité élevée, d'exposition au sel et à des températures allant de 5°C à 50°C.

6. Matériel agricole

Ornés de canaux de refroidissement internes, les produits moulés sous pression par gravité constituent un aspect précieux des machines agricoles en raison de leur résistance à des éléments tels que les chocs mécaniques, l'usure environnementale et l'exposition aux engrais ou au sol.

Les composants de la fonte par gravité sont les suivants :

• Corps de valves hydrauliques
• Couvercles de boîte de vitesses
• Supports de montage
• PTOs unités de logement (Power Take-Off systems)

Ces appareils fonctionnent généralement à l'extérieur, dans une large gamme de températures (de -20°C à 50°C) et doivent fonctionner même dans des conditions de saleté, de vibration et de corrosion.

7. Produits de consommation et matériel informatique

La coulée par gravité est également utilisée pour produire des pièces décoratives et fonctionnelles dans les produits de consommation, qui doivent être à la fois résistants et décoratifs.

Les applications comprennent

• Poignées de porte et serrures
• Socles d'éclairage
• Articles de cuisine
• Boîtiers d'outils

La plupart de ces pièces sont fabriquées à partir d'alliages de zinc ou d'aluminium en raison de leur finition de surface exceptionnelle et de leur capacité à contenir des détails fins avec peu d'usinage pour le moulage.

Polyvalence de la coulée sous pression par gravité

La polyvalence du moulage sous pression par gravité réside dans sa capacité à fabriquer des pièces métalliques solides, précises et complexes pour diverses industries. De l'industrie automobile et aérospatiale à la marine et aux produits de consommation, ce procédé de moulage offre une solution solide lorsque l'intégrité structurelle, la finition de surface, la précision dimensionnelle, etc. sont prioritaires.

L'utilisation de moules en acier réutilisables, d'alliages non ferreux, ainsi que le flux de métal alimenté par gravité, en font une solution efficace et fiable pour les besoins de la production moderne.

Avantages de la coulée sous pression par gravité

L'utilisation de la coulée par gravité présente plusieurs avantages majeurs :

• Meilleures propriétés mécaniques : 

La solidification étant moins rapide, la forme des grains est plus uniforme, ce qui permet d'obtenir une résistance élevée.

• Moules réutilisables : 

Les matrices métalliques peuvent être réutilisées pour des milliers de cycles, ce qui réduit le coût par pièce.

• Amélioration de l'état de surface : 

Contrairement au moulage au sable, la finition est non seulement plus lisse, mais elle nécessite également moins d'usinage.

• Bonne précision dimensionnelle : 

Des tolérances de l'ordre de ±0,1 mm peuvent être obtenues.

• Respectueux de l'environnement : 

Le processus de moulage par gravité est également durable car les moules utilisés peuvent être réutilisés et il y a comparativement moins de déchets.

En raison de ces avantages, de nombreux fabricants préfèrent le moulage par gravité à d'autres méthodes telles que le moulage au sable, lorsque le volume et la qualité sont tous deux requis.

Limites de la coulée par gravité

Le procédé de moulage par gravité, comme tous les autres procédés, présente quelques inconvénients, bien qu'il soit bénéfique en soi :

• Coûts d'outillage élevés : 

Par rapport au moulage sous pression, le prix des matrices métalliques est comparativement plus élevé que celui des moules en sable.

• Limité aux formes simples :

Ces détails délicats et ces contre-dépouilles devraient être difficiles à réaliser sans un noyau complexe.

• Des temps de cycle plus longs : 

Le temps de cycle est plus lent que celui de la coulée à haute pression en raison de l'écoulement et du refroidissement naturels.

• Nécessite une opération qualifiée : 

Les poignées de température et de temps sont cruciales pour éviter les défauts.

Cette limitation doit être prise en considération lorsque l'on décide d'utiliser le moulage par gravité pour une pièce particulière.

Conclusion

Le moulage sous pression par gravité est un moyen pratique, efficace et précis de fabriquer des pièces métalliques, en particulier dans des alliages non ferreux tels que l'aluminium et le cuivre. Grâce à l'utilisation de la gravité plutôt que de la pression externe, le processus présente une grande qualité de surface et une grande précision dimensionnelle, tout en produisant un objet structurellement sain, et c'est pourquoi cette méthode est populaire dans de nombreuses industries.

Si vous fabriquez des pièces automobiles, des composants aérospatiaux ou des boîtiers industriels, la coulée par gravité vous permet d'obtenir un résultat rentable et cohérent. Grâce à un contrôle étroit des paramètres tels que la température de coulée, la température du moule et la durée de la prise, les producteurs seront en mesure de produire des pièces moulées hautement spécifiées en termes de performance et de fiabilité.

Compte tenu du besoin croissant de pièces métalliques légères, résistantes et respectueuses de l'environnement, la moulage sous pression par gravité est une technologie vitale dans le paradigme de la fabrication contemporaine.