Moulage sous pression et moulage par gravité : Comprendre les principales différences

Le moulage sous pression et le moulage par gravité sont deux procédés majeurs de moulage des métaux utilisés de manière extensive dans la fabrication. Tous deux impliquent de verser du métal en fusion dans des moules réutilisables pour produire des composants avec une grande précision dimensionnelle et une grande répétabilité. La différence est que le moulage par gravité repose sur la gravité, et le métal en fusion entre dans le moule sous l'action de la gravité. Le moulage sous pression repose sur la pression, forçant le métal en fusion dans un moule sous haute pression.

Conception du moule

- En moulage sous pression, le moule est appelé matrice. Les matrices sont fabriquées en aciers à outils comme le H13 qui peuvent résister à de hautes pressions. Les deux moitiés de la matrice sont usinées avec des tolérances serrées et contiennent les empreintes et les noyaux. Les composants de la matrice sont usinés avec précision à des tolérances d'environ 0,001-0,002 pouces pour obtenir des pièces coulées précises.

- Le moule est relativement simple en moulage par gravité par rapport à une matrice de moulage sous pression. Les moules de gravité sont fabriqués en fonte, acier, aluminium ou bronze. Il n'y a pas de noyaux complexes puisque le moule repose principalement sur la force de gravité pour le remplissage. Les moules de gravité ont des tolérances d'usinage typiques d'environ 0,01-0,02 pouces car aucune haute pression n'est impliquée.

Méthode de remplissage 

- En moulage sous pression, le métal en fusion est injecté dans la matrice sous des pressions élevées allant de 10 000 à plus de 50 000 psi. L'injection à haute vitesse assure un remplissage complet de l'empreinte de la matrice.

- En moulage par gravité, le métal s'écoule dans le moule uniquement sous l'effet de la gravité sans aucune pression appliquée. Cela limite la taille des pièces coulées et la complexité des formes réalisables.

Taux de production et automatisation

- Le moulage sous pression est hautement automatisé, utilisant des machines injectant le métal, des matrices performantes et éjectant les pièces coulées en continu. Les temps de cycle sont très courts. La production de pièces peut dépasser 200/heure.

- Le moulage par gravité est effectué manuellement en versant le métal liquide dans les moules. Les cycles sont plus lents en raison de la manipulation manuelle. La production typique est de 30 à 50 pièces/heure, beaucoup plus faible que le moulage sous pression. L'automatisation du moulage par gravité peut augmenter le taux.

Alliages utilisés

- Les alliages pour moulage sous pression comme le zinc, l'aluminium et le magnésium ont une grande fluidité pour remplir les matrices complexes sous pression. Des alliages à haute résistance peuvent également être moulés sous pression. Les alliages à point de fusion élevé ne conviennent pas au moulage sous pression, comme le fer, le titane, le tungstène, etc.

- Le moulage par gravité utilise généralement des alliages à point de fusion plus bas avec de bonnes caractéristiques d'écoulement comme les alliages d'étain, de plomb et de zinc. L'aluminium et le laiton peuvent également être moulés par gravité. 

Taille et poids des pièces 

- Les tailles typiques des pièces moulées sous pression vont d'une once à 75 livres. De petites formes fines et complexes peuvent être moulées sous pression en raison de la haute pression du métal. Par exemple, le moulage sous pression en alliage d'aluminium permet une paroi fine de 0,5 mm. Le moulage sous pression en alliage de zinc permet une paroi fine de 0,4 mm.

- Le moulage par gravité est limité à des tailles relativement plus grandes, supérieures à 3 livres. Des facteurs comme la pression métallostatique limitent la taille maximale. Il est capable de produire des pièces avec des épaisseurs de paroi allant de 2 à 6 mm.

État de surface

- Les surfaces moulées sous pression ont un aspect caractéristique lisse et brillant. Le refroidissement rapide dans la matrice métallique donne des tailles de grains fins. 

- Les surfaces moulées par gravité sont légèrement plus grossières que celles moulées sous pression mais restent raisonnablement lisses en raison du remplissage laminaire. Des réfrigérants peuvent encore améliorer l'état de surface.

Précision dimensionnelle 

- Le moulage sous pression offre une excellente précision et constance dimensionnelles. Des tolérances allant jusqu'à ±0,005 pouce sont possibles. Il réduit l'usinage secondaire.

- La tolérance du moulage par gravité est d'environ ±0,02 pouce. Les pièces peuvent nécessiter un certain usinage pour obtenir une précision plus fine. Mais la précision reste adaptée à la plupart des applications.

Considérations de coût

- Le moulage sous pression a des coûts d'outillage très élevés en raison de matrices complexes à cavités multiples. Mais le coût par pièce est faible en raison de l'automatisation.

- Le moulage par gravité a des coûts d'outillage plus bas. Un usinage secondaire peut être nécessaire. Les taux de production sont inférieurs à ceux du moulage sous pression, donc le coût par pièce est plus élevé que pour le moulage sous pression.

Règles de conception 

- Le moulage sous pression nécessite des règles de conception spécialisées pour un écoulement optimal du fluide et une minimisation des gaz piégés. Les angles de dépouille, les congés et les systèmes d'alimentation sont cruciaux.

- Le moulage par gravité a moins de restrictions sur la conception puisque le métal n'est pas injecté de force. Cependant, une épaisseur de paroi uniforme et des dépouilles facilitent toujours le remplissage du moule et minimisent les défauts.

Défauts

- Défauts du moulage sous pression - reprises froides, distorsion, gaz piégés, criques à chaud, projection et fissuration thermique.

- Défauts du moulage par gravité - porosité, retassures, reprises froides, érosion du moule. La fissuration par solidification est moins fréquente qu'en moulage sous pression.

Applications

- Les applications du moulage sous pression impliquent la production en grande série de pièces complexes à tolérances serrées - par exemple, les composants automobiles.

- Le moulage par gravité convient à la production en moyenne série de formes relativement plus simples et de pièces plus importantes - par exemple, les bases de machines-outils et les corps de vannes.

En résumé, le moulage sous pression et le moulage par gravité ont des méthodes de production, des capacités, des aspects économiques et des applications significativement différents. Le moulage sous pression est mieux adapté aux composants complexes à grand volume, tandis que le moulage par gravité est idéal pour les lots plus petits de formes moins complexes.