Injection Métallique Fascicule. Pablo Klemm - Jean-Charles Gasche - Shahine Ramdjee EPFL, 2012

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1 Injection Métallique Fascicule Pablo Klemm - Jean-Charles Gasche - Shahine Ramdjee EPFL, 2012

2 I. Intro Description Générale - L'injection des métaux, que l on retrouve aussi sous les noms fonderie sous pression, moulage sous pression, (high pressure) die casting en anglais et druckguss en allemand, est un procédé consistant en l injection sous pression d un métal en fusion dans un moule réutilisable (constitué de deux demi-moules). Le procédé est utilisé sur une gamme très large de pièces qui peuvent être complexes. Intérêt des injections - Cette technique davantage utilisée pour de grandes séries de pièces, permet leur réalisation à des cadences jusqu à 120 pièces par heure (100 pièces par heures pour l Aluminium). Les alliages pouvant être injectés ont un point de fusion bas. L avantage principal est que la complexité de la pièce influence faiblement la cadence des injections. Une part importante du coût de cette méthode vient de la réalisation du moule, qui sera plus cher si la pièce est complexe. Les coûts par pièce sont donc réduits pour une grande série, relativement à une moins grande série. Par ailleurs les délais entre la commande et la livraison du produits sont relativement longs. II. Types d injection Il existe plusieurs techniques d injection sous pression: l injection à chambre chaude ou à chambre froide, l injection sous vide, squeeze casting, et l injection semi-solide. L injection à chambre chaude et l injection à chambre froide sont détaillées ici, alors que les autres méthodes seront évoquées plus loin. Hot chamber injection - L utilisation d une presse à chambre chaude est adaptée à l injection d alliages à température de fusion basse. Les alliages de Zinc (420 C*), d Etain (232 C*), de Plomb (328 C*), ou le Zamak (390 C*) en font partie. Les alliages à plus haut point de fusion ne peuvent pas être utilisés avec cette technique car ils détruiraient le système d injection à cause des hautes températures. Il en est ainsi du Fer, du Laiton et de l Aluminium, pour les deux derniers, une presse à chambre froide peut être utilisée. La presse à chambre chaude permet des cadences d injection maximales de 120 pièces par heure. Cold chamber injection - Ces presses sont utilisées pour des alliages à point de fusion plus élevés tels l Aluminum (660 C*), le Laiton (930 C*) ou encore le magnésium (650 C*). Les cadences d injection sont moins importantes qu avec une chambre chaude mais peuvent aller jusqu à 100 injections par heure. *Les températures de fusion sont données pour chaque métal pur ou alliage à titre indicatif, la température de fusion dépend de tous les éléments d alliage présents.! 2/20

3 III. Die casting (coulée sous pression) III.1. Caractéristiques De façon générale, l injection sous pression permet de très bons états de surface et des propriétés mécaniques intéressantes grâce à une microstructure fine. Rapidité - La cadence des injections étant relativement élevée. Pièces complexes - Il est possible de réaliser des pièces qui ne pourraient pas être usinées par des moyens classiques. Pièce presque finale - La pièce qui sort de la presse peut être déjà presque terminée. La pièce doit être ébavurée, et peut éventuellement subir des traitements ou usinages supplémentaires. Gain en temps d usinage - Une partie ou la totalité du travail d usinage de la pièce peut être déjà réalisée à la sortie du moule. Les derniers détails comme le taraudage ou l état de surface peuvent toujours être réalisés après coup. III.2. Avantages Par rapport au moulage plastique - L injection métallique produit des pièces plus solides et avec des tolérances plus fines (Les métaux gardent mieux leur forme que les plastiques lors du refroidissement). Par rapport à la coulée en moule de sable ou en moule permanent - On peut produire de pièces avec des parois plus fines, et des surfaces plus lisses. La cadence est plus élevée et le coût du travail par injection est plus faible. On peut réaliser des pièces demandant moins de travail de retouche et finition. Par rapport au forgeage - On obtient des pièces qui peuvent être plus complexes avec des tolérances plus fines, des parois plus fines et nécessitant moins de finitions. On peut également réaliser des cavités, ce que ne permet pas le forgeage. Par rapport à l étampage - Ici encore, l injection métallique permet d obtenir des pièces plus complexes, avec des variations dans l épaisseur des corps et des! 3/20

4 parois. Une injection pourrait être à même de remplacer plusieurs étampages et donc de réduire les temps d assemblage. Par rapport à l usinage standard - On peut produire en une seule fois des géométries difficiles ou même impossibles à obtenir à partir de blocs de matière. Les tolérances sont fines sans avoir besoin d ajustement pour les outils, moins d opérations sont requises et les rebus sont refondus, moins de matière est donc perdue. III.3. Comment se passe le die casting? Types de presses Les presses à injecter sont typiquement caractérisées par le tonnage de leur force de clamping. Cette force est déterminée par la pression d injection ainsi que la taille de la pièce à injecter, elle varie entre 50 et 2000 tonnes Il existe deux types de presses à injecter, celles dites à chambre froide et celles à chambre chaude. Le principe d injection est le même, mais nous allons voir que les deux systèmes varient quelque peu. Type Chambre chaude - Le système d injection (un piston vertical) est immergé dans le métal en fusion, le piston descend et met sous pression le metal en fusion en le faisant passer par le «gooseneck» (col de cygne), les pressions d injection sont comprises entre 5 et 30 MPa. Les forces de clamping pour ce type de presse ne dépassent en général pas les 400 tonnes. Le fait de posséder une réserve de métal fondu en permanence permet des cadences élevées, ainsi que de limiter la quantité d air introduit lors de l injection (par rapport à la chambre froide). Fig. 1: Presse à chambre chaude! 4/20

5 Type Chambre froide - Les pressions d injection vont de 25 à 150 voire 200 MPa, pour des forces de clamping de 100 à 2000 tonnes. Cette fois le piston est en position horizontale, et l alliage en fusion n est versé qu au moment de l injection, on évite ainsi la destruction du piston due à un contact prolongé avec le métal à haute température. Les cadences s en trouvent diminuées comparativement à la chambre chaude puisqu après chaque injection la presse doit être réapprovisionnée, et que le temps de refroidissement est d autant plus long que la température d'injection est élevée. Aussi de l air est présent initialement dans le piston et est introduit dans le moule lors de l injection, ce qui peut entrainer des imperfections dans la pièce telles que des bulles d air. Fig. 2: Presse à chambre froide Cycle d injection Un cycle d injection comprend 6 étapes. Le moule est d abord ouvert et un lubrifiant est appliqué à sa surface. Le moule est ensuite fermé et l injection commence. Une fois l injection achevée, le métal dans le moule solidifie et refroidit avant d être éjecté. La pièce doit être ébavurée pour retirer les masselottes et puits d injection. Poteyage - Avant de commencer l injection du métal, on spraye par des buses le moule avec un lubrifiant ( basés sur un mélange avec de l eau et non des solvants pour des raisons de santé et d'environnement) Le poteyage est nécessaire pour trois raisons :! 5/20

6 - protéger le moule contre l agressivité des alliages vis-à-vis des matériaux du moule (par exemple dissolution du fer du moule dans un alliage d alluminium qui serait en train d être pressé) ; - favoriser la venue des pièces, et régler ou corriger les échanges thermiques lors de la solidification. La nature du poteyage et l épaisseur de la couche appliquée interviennent en premier ; - conférer à la pièce de bons états de surface. Fermeture du moule (clamping) - Une moitié du moule est fixe, l autre mobile fixée sur une plaque mobile, il faut que le système reste scélé à des pressions allant jusqu à 200 Mpa. D ailleurs dans l undustrie les machines d injection sont classées par leur force clamping.le temps de clamping dépend de la force de la machine, les machines les plus grandes et possédant une force de clamping la plus élevée mettront le plus de temps.our une pièce donnée, le fondeur calcule la surface projetée S de l empreinte, y compris celle des talons de lavage et des chenaux et attaques de coulée. L effort d ouverture F 0 exercé lors de l injection est égal au produit de la pression exercée sur le métal liquide (pression d injection) par la surface S. Pour tenir compte d effets difficilement mesurables, coup de bélier en fin de remplissage (sur machines anciennes), dilatation des colonnes de guidage des plateaux, décalage de l axe d injection par rapport à l axe des plateaux de la machine, on affecte à la force F0 un coefficient de sécurité (de l ordre de 1,2 à 1,3). Fig. 3: Mécanisme de fermeture du moule L injection - Avant toute chose il est important de savoir qu il existe deux types de presses, celle à chambre froide et l autre à chambre chaude, nous verrons en détails leurs différence un peu plus loin dans la partie des presses à injecter, mais l injection du métal se déroule de la même façon comme nous pouvons le voir dans la figure ci dessous. Le métal est maintenu en fusion à une température définie dans un four jusqu au moment d être transféré dans sa chambre de coulée (chaude ou froide).! 6/20

7 Puis le piston (en général hydraulique) est actionné, afin d éviter la solidification précoce du métal le temps d'injection est généralement très court, autour des 0.1 secondes. Le temps d injection est déterminé par les propriétés thermodynamiques du matériau ainsi que l épaisseur désirée du coulage. Afin de maintenir la pression lors de la solidification, le piston ne se retire qu une fois la pièce solidifiée. Des évents sont placés dans le moule afin d évacuer l air. Fig. 4: Cycles d injection pour les deux types de presse Solidification et refroidissement - Au contact du moule, le métal commence à se refroidir, la forme finale de la pièce n est obtenue que lorsque tout le moule est rempli et la pièce solidifiée ( temps de solidification déterminés encore une fois par des calculs thermodynamiques).le moule peut être refroidit par un circuit à eau ou à huile.! 7/20

8 Ejection hors du moule - Une fois le temps nécessaire à la solidification passé, le demi moule mobile se recule, des éjecteurs viennent pousser la pièce hors car durant le refroidissement elle se rétracte et elle adhère à la surface du moule.puis la pièce est récupérée soit manuellement, soit par un bras robotisé. Finition et Trimming La pièce récupérée peut ensuite subir des étapes supplémentaires telles que des contrôles, être usinée, être polie etc. Aussi pour certains types de pièce un trimming est nécessaire, c est à dire enlever l excédant de matière comme sur la figure ci dessous, cet excédant est récupéré et réutilisé. Fig. 5: Zones a ébavurer Différents types d ébavurage - Les bavures, traces de joint ou d attaques sont éliminés par meulage ou ponçage suivant les métaux. Ces opérations sont plus ou moins mécanisées suivant la série et la complexité des formes. L ébavurage thermique consiste à introduire les pièces dans une enceinte hermétique où l on injecte un gaz (méthane) et de l oxygène. La combustion du mélange dure 20 millisecondes et élève la température entre 2500 et 3500 C, ce qui a pour effet de brûler les bavures. L ébavurage cryogénique consiste à refroidir les pièces à l azote liquide afin de fragiliser les bavures. L ébavurage par tribofinition utilise un tambour rotatif contenant un abrasif dans une solution liquide. L effet mécanique obtenu réside en de multiples collisions répétées qui provoquent l ébavurage et un polissage des surfaces des pièces.! 8/20

9 III.4. Quelles formes peuvent être réalisées? Limitations dûes au moule Le moule est une pièce couteuse (de l ordre de plusieurs dizaines à centaines de milliers de francs) et complexe, souvent réalisée par des spécialistes. L empreinte est réalisée par différents procédés : électroérosion par enfonçage, usinage, UGV... Son poids total peut varier de quelques kilos à plusieurs tonnes, et sa réalisation nécessite près de deux mois, de la conception au moule utilisable. La durée de vie des moules dépend gu genre de l alliage coulé, de la forme de la pièce, des difficultés de moulage dues à cette forme et de beaucoup d autres facteurs pratiques, néanmoins on peut donner les renseignements indicatifs suivants: Alliages à base d étain ou de plomb : moules en acier au carbone non allié, de durée pratiquement illimitée (durée de plus de pièces) ; Alliages de zinc : moules en acier allié au carbone ou en acier allié au chrome-vanadium en général (durée de à 5 à 6 millions de pièces) ; Alliages d aluminium ou de magnésium : moules en acier allié au chrome-vanadium avec parfois du molybdène, au chrome-nickel, au chrome-tungstène avec parfois du cobalt (pièces simples : durée , pièces compliquées : à ) pour les parties moulantes, les carcasses étant habituellement en acier moulé 32 NCD 14-M ; Alliages cuivreux : moules en aciers alliés au chrome-tungstène avec parfois du molybdène et du vanadium (durée de à pièces). Il faut noter que le moule doit être suffisamment épais pour éviter une flexion dûe aux fortes pressions appliquées. Le moule en lui-même - La conception du moule varie grandement selon la pièce et les tolérances que l on souhaite. Cependant un moule sera toujours composé des deux ci-après: La partie fixe au bâti qui contient la chemise d injection : c est par là qu entre le métal en fusion. La partie mobile permet l éjection de la pièce. Elle est en général décomposée en deux parties, la carcasse, et l empreinte qui est le négatif de la pièce. Dans ce cas on parle de mise. L intéret est de diminuer les couts, la carcasse assurant la résistance du moule n ayant pas besoin d être remplacée une fois que l empreinte est usée. À plusieurs points stratégiques de l empreinte, on ajoute des masselottes qui permettent d éviter des retassures, homogénéiser l écoulement du métal et compenser le retrait de solidification.! 9/20

10 Les adjonctions du moule - Les tiroirs et les noyaux sont des éléments mobiles qui permettent de réaliser des géométries qui ne peuvent être réalisées par le plan principal. Comme ces éléments sont mobiles (amovibles pour le démoulage), la pièce perd en précision et l injection en cadence (Du fait que le démoulage prenne plus longtemps) Les broches sont utilisées pour mouler les avant-trous ou des zones profondes. Ces pièces s usent beaucoup et doivent être interchangeables. Le système d éjection, comme son nom l indique, permet d éjecter la pièce de l empreinte à l aide d éjecteurs. Il se situe derrière la partie mobile du moule. Lors de la conception, on fait en sorte que la pièce soit plus serrée sur la partie mobile afin que l éjecteur puisse faire son travail. Les canaux de circulation sont percés pour permettre le passage d un fluide pour le refroidissement de la pièce. On a aussi en général, un circuit d huile pour préchauffer le moule lors des premières utilisations. Fig. 6: Ecorché d un moule Alliages composant le moule - Tous les composants du moule sont soumis à de fortes contraintes thermiques et d usure par frottement, ils sont donc faits d alliage traité en conséquence. Le tableau 7 résume les alliages les plus utilisés pour la fabrication du moule. Ce sont notamment des aciers chromés traités.! 10/20

11 Partie du moule Carcasse Éjecteurs Broches Plaques d éjection Parties moulantes (empreintes) Nuance d acier 42CrMo4 X38CrMoV5-1 X38CrMoV5-1 42CrMo4 X38CrMoV5-1 Fig. 7: Alliages fréquemment rencontrés dans un moule Il est possible de réparer ou prolonger la durée de vie d un moule grâce à certaines techniques d ajout de matière (par exemple soudure ou chargement laser). Injection multiple - Pour de petites pièces, on utilise un moule pour faire plusieurs pièces à la fois. La figure 8 montre quelques exemples d arrangements pour des moules à empreintes multiples. Fig. 8: Géométrie de moule pour injections multiples On peut aussi utiliser un moule pour faire plusieurs pièces différentes, mais il faut faire attention à ce que les pièces soient relativement semblables, c est-à-dire avec une épaisseur similaire, pour éviter des défauts de production.! 11/20

12 Limitations dûes aux pièces Le moulage par injection permet de faire des formes de pièces complexes et variées, grâce à l ajout de tiroirs et de noyaux. Il est plus facile en fonderie sous pression pour avoir des pièces saines, d avoir des pièces minces que des pièces épaisses. Le démoulage est aussi à prendre en compte, les angles droits rendent le démoulage difficile, pour y remédier il faut «ouvrir» la pièce de quelques degrés. Fig. 9: Correction des angles sur une pièce Pour un retrait et une solidification homogène on a besoin de discontinuités géométriques. limiter les Fig. 10: Correction des discontinuités Il faut éviter les angles vifs, car ils sont soumis à trop de tension. Eviter des zones massives, ou les discontinuités d épaisseur. En effet ces parties refroidissent plus lentement et auront une concentration en impuretés et contraintes élevée.! 12/20

13 Fig. 11: Profils limitant les angles vifs L épaisseur des pièces est limitée pour éviter trop de retassure, un défaut pouvant apparaître lors du refroidissement d'une pièce. Sous l'effet du retrait, c est une zone creuse qui peut apparaitre, au centre ou au bord. En revanche, si la pièce est trop fine, la solidification sera trop rapide et peut bloquer flux. On prend comme valeur minimale 1.5 mm pour un maximum de 15mm. Les tolérances obtenues par ce procédé sont de l ordre du dixième de millimètres, et on peut obtenir au mieux 0.02 mm. Toutefois, l ajout de pièces mobiles telles que les tiroirs ou les noyaux diminuent la précision. Défauts Lors de l injection d un métal, des défauts peuvent apparaître, en général cela arrive lors de la mise en route d une nouvelle série, lorsque des paramètres comme les quantités de métal à injecter ou bien encore la pression d'injection optimale ne sont pas bien définis. De plus lors de la mise en marche d une série, les moules sont froids, ce qui entraine des chocs thermiques lors des premières injections, ce problème peut être en partie résolu par le préchauffage des moules, mais il faut de toutes façons 3 à 5 cycles avant que le moule n obtienne sa température de régime permanent. En règle générale si une pièce possède des défauts elle est directement refondue. Il existe de nombreux défauts mais nous présentons ci-dessous les plus communs et une solution générique pour les éviter. Shrink Holes (malvenue) - Il s agit d un problème de continuité de matière dans la pièce injectée qui apparaît lorsque la quantité de métal injectée est insuffisante ou lors d une solidification précoce du métal dans le moule. Augmenter la quantité de métal ou la vitesse d injection Gas Holes (cavités) - Des cavités peuvent apparaître à cause relâchement du gaz contenu dans le métal lors d une exposition à une atmosphère trop humide ou aux gaz présents dans le four de fusion. Contrôler l atmosphère de stockage! 13/20

14 Ségrégation - La ségrégation apparaît généralement sous la forme d une différence de composition entre la surface et l intérieur de la pièce, lorsque les composants d un alliage à point de fusion plus bas que les autre commencent à se solidifier à la surface du moule. Augmenter les temps de refroidissement Porosité - Une structure poreuse ( voire spongieuse) peut se créer dans le métal si l air n est pas évacué correctement du moule lors de l injection ou si de l air est injecté par le piston avec le métal, typiquement en chambre froide. C est un des défauts les plus courants, il réduit la résilience (chocs) ainsi que sa résistance à la fatigue. Si la porosité n est pas en surface, elle est très difficile à détecter, il faut user de moyens tels que des rayons X pour les voir dans ces cas là. Soigner le design du moule, mettre assez d évents, injecter sous vide. Lignes de soudures (soudure froides) - Elles se produisent lorsque le jet de de métal en fusion se sépare en plusieurs jets en parcourant des chemins différents. Pendant leurs parcours ces jets de refroidissent et développent une fine couche d oxyde à leur surface, et lors de leur rencontre s ils ne sont pas assez chauds ou rapides une marque visible est laissée, appelée ligne de soudure. Augmenter la température d injection, réchauffer le moule, éventuellement refaire un moule minimisant les lignes de soudures. III.1. Autres particularités, finitions et contrôles Injection sous vide d air - Dans certains cas, l air présent dans le moule n est pas expulsé assez vite et forme des prorosités dans la pièce. Si ce problème ne peut être résolu par l adjonction d orifices de sortie, on peut procéder à une mise sous vide (ou faible pression) du moule, avant injection. Usinage - Certains détails ne peuvent pas êtres injectés soit par complexité, soit car ils ne peuvent pas être intégrés au moule, ainsi les taraudages, alésages,fraisages ou surfaçages se font après l injection. Trowalisation - C est une technique qui consiste à placer les pièces dans un bac vibrant contenant des petites pierres en céramique. Cela permet d enlever les bavures mineures et de rectifier l état de surface de la pièce. Un opérateur vérifie manuellement si cet état de surface correspond aux exigences, il remet la pièce dans la machine le cas échéant. Des étapes supplémentaires répondant aux exigences du client peuvent être effectuées telles que des traitements thermiques, la galvanoplastie, l anodisation etc. Elles peuvent avoir une fonction mécanique ou simplement décorative.! 14/20

15 Contrôles Après chaque injection l opérateur effectue un rapide contrôle visuel de la pièce, si elle présente des défauts visibles elle est directement envoyée à la refonte. Controle dimensionnel - Des inspections périodiques doivent être effectuées sur les pièces grâce à divers outils tels que des micromètres ou des jauges de profondeurs. Si la pièce demande des tolérances fines, on pourra utiliser une machine de contrôle 3D. Grâce à ces mesures on peut récolter des statistiques afin de vérifier si les pièces ont en moyenne la bonne dimension. Controle interne - Une technique commune pour le contrôle interne d une pièce est l utilisation des rayons X. Les rayons X permettent de révéler la présence de fissures, cavités ou porosité. Ce contrôle n est pas systématique et dépend des exigences du client. Controle destructif - Il existe aussi un autre type de test appelé destructif, comme des test de résistance mécanique ou de fatigue, une fois le test effectué la pièce est envoyée en refonte. A gauche une pièce saine, à droite une pièce qui présente des porosités. Fig. 12: Examen de pièces avec des rayons X! 15/20

16 III.2. Autres variables d injection Microstructure- La microstucture résultant d un die casting est typique et lorsque l injection est bien réalisée la taille des grains est très fine. A gauche une microstructure issue de die casting, au milieu une coulée en sable, et à droite une injection en moule solide. Fig. 13: Taille de la microstructure Type d écoulement- En fonderie sous pression, il existe 3 régimes d écoulement du métal dans l empreinte : L écoulement dit pulvérisé est obtenu pour des grandes vitesses. Ce type d écoulement conduit à un front de métal déchiqueté (d où le terme de «pulvérisé») et à une répartition très homogène de l air résiduel (non évacué par les tirages d air) sous forme de micropores (micro-soufflures) de très faible taille (quelques 1/100 mm) non pénalisante. L écoulement n est cependant plus parfaitement pulvérisé dès lors que s établit une pression dans la cavité. La notion d écoulement pulvérisé ne nous semble réaliste que pour l avant du front de métal. Dans tous les cas, de grandes vitesses de métal sont plutôt favorables pour disperser finement les porosités d origine gazeuse (soufflures). L écoulement en jet est obtenu pour des vitesses métal trop faibles. Ce régime d écoulement est pénalisant car il est susceptible de conduire à des entraînements d air important (vortex) et des pores (soufflures) de forte taille (0.5 à 1 mm). Il doit être absolument évité. Le régime d écoulement en front continu est obtenu en moulage par gravité (ou en squeeze casting, cf. IV Autres méthodes) pour des vitesses de métal très lentes (0.5 à 1 m/s) aux attaques. Ce régime garantit un front de métal très homogène et régulier, ce qui permet d évacuer l air de manière optimale, mais conduit à un refroidissement métal très important. Seules les pièces épaisses (7 à 10 mm ou plus) sont en général injectées en écoulement laminaire car le remplissage serait trop long pour une pulvérisation. Fig. 14: Types d écoulements! 16/20

17 IV. Autres Méthodes Nous n avons pas parlé des autres méthodes qui sont secondaires et moins dans le sujet, mais les voilà. Injection par le vide (Vacuum casting) - Un vide est créé dans le moule, puis celui-ci est amené au dessus d un bain de métal. Le métal remplit alors le moule jusqu en haut. Cette technique, aussi appelée injection anti gravité est utilisée pour les grandes pièces comme par exemple un bloc moteur. Dans ce cas, le moule doit être chauffé pour que le métal reste en fusion jusqu à la fin de l injection, puis refroidi. Fig. 15: Vacuum casting Fig. 16: Squeeze forming Squeeze forming (Etampage liquide) - Il consiste en trois étapes: d abord on dépose du métal en fusion sur la face femelle du moule préchauffé. On presse ensuite la partie male qu on maintien le temps du refroidissement pour minimiser les porosités et le retrait. On retire enfin le male pour retirer la pièce. Cette technique permet d obtenir de très bonnes propriétés mécaniques avec de nombreux alliages. Injection semi-solide (Extrusion dans un moule) - On utilise un métal chauffé de telle sorte qu il soit entre solide et liquide, donc assez visqueux. On peut soit chauffer un solide (thixomoulage), ou refroidir un liquide (rhéomoulage). On l injecte ensuite avec une presse à l intérieur d un moule, à la façon d une extrusion. Moulage par injection métallique (MIM) - Le Metal Injection Molding ne doit pas être confondu avec l injection métallique dite «die casting» en anglais. Ce procédé consiste en le frittage sous pression d un polymère métallisé, donnant l acpect d un métal, avec les propriétés d un polymère.! 17/20

18 V. Coût de la méthode Exemple réel Pour notre exemple de calcul de coût, nous allons prendre un boitier de robot dérouleur de câbles dans les conduites à l intérieur des murs. C est une pièce faite en aluminium et donc produite en chambre froide, puis trowalisée et enfin taraudée. Nous avons choisi d amortir les machines sur 5 ans, l usine tourne 45 semaines par an, 5 jours par semaine, 8 heures par jour, c est à dire 1800 heures par an, soit 9000 heures sur 5 ans. L électricité nous coûte 0.20 CHF/KWh et nous avons calculé qu il faut environ 1 Mj pour fondre 1 kg d aluminium, ce qui représente un coût de 0.05 CHF/kg en énergie. Ci-dessous, un détail du calcul de coût:! 18/20

19 Le coût unitaire d une pièce est donné par la formule suivante: Nous avons effectué le calcul pour des séries de mille, dix mille et cent mille mêmes pièces. Fig. 17: Répartition des coûts par poste pour les différentes séries de pièces Fig. 18: Répartition des coûts détaillée pour une série de 1000 pièces Les coût unitaires liés à la pièce et les coûts unitaires d exploitation ne vont pas changer en fonction de la grandeur de la série, en effet les coûts de la matière au kilo, de l amortissement ou de l opérateur restent constants. Par contre le coût du moule, qui représente un frais de départ important, se répartit sur le nombre de pièces injectées. Pour des petites séries (1000 pièces) le moule représente le coût le plus important, plus de 90 %!.En augmentant la taille de la série à pièces, le coût chute à 6.14 CHF/ pce, mais le moule continue de représenter plus de la moitié des coûts. Sachant qu un moule pour l injection d aluminium tiendra au moins jusqu à injections, on peut imaginer vouloir injecter pièces, le coût déscend à 2.88 CHF/pce. On remarque sur le graphique que le coût principal provient de la main d oeuvre, il est donc intéressant d automatiser le procédé pour des grandes séries. Pour effectuer un calcul général des coûts de ce procédé, il suffit d'utiliser le tableau précédent avec les paramètres désirés ( par exemple ajouter une contrôle 3D), et d utiliser la formule proposée.! 19/20

20 VI. Entreprise visitée La Fonderie Mécanique de Sainte-Croix est une PME spécialisée dans l injection métallique sous pression. Elle possède 5 machines à chambre chaude (de 12 à 40 t) et 4 machines à chambre froide (de 100 à 340t) ainsi qu un atelier pour la fabrication de moules et un pour la finition/réparation des pièces. Cependant, la fabrication des moules est de plus en plus sous-traitée en Chine. VII. Conclusion Si nous nous penchons sur l utilité pour la microtechnique, l injection des métaux permet de mouler en une injection plusieurs petites pièces, ce qui nous offre une cadence élevée idéale pour les grandes séries. De plus elle permet d obtenir des pièces ayant des formes complexes, un bon état de surface et une excellente résistance mécanique. Nous tenons à remercier M. Jacques Baumgartner, directeur de la Fonderie Mécanique de Sainte-Croix pour son accueil ainsi que les professeurs Jacques Jacot et Jean-Daniel Lüthi pour les réponses à nos questions. VIII. Bibliographie [1] H.H.Doehler. Die Casting. New York, Toronto, London : McGraw-Hill Book Company Inc., [2] D.Berlie, M.Pagnamenta. Injection des métaux, Lausanne, 2011 [3] J.J.Perrier, S.Jacob. Moulage des alliages d aluminium, Moules permanents. Techniques de l ingénieur.2004.m3637 [4] North American Die casting association, novembre 2012, [5] Universität Stuttgart, novembre 2012, [6] Chemtrand, novembre 2012, [7] Australian die casting associaton, novembre 2012, [8] Die casting, wikipedia, novembre /20

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