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PROCÉDÉ ET DISPOSITIF POUR LE MOULAGE EN COQUILLE D'UN
ALLIAGE MÉTALLIQUE
L'invention concerne un procédé et un dispositif pour le moulage en coquille
sous pression, couramment désigné par le terme anglo-saxon de die casting ,
d'un alliage métallique. L'invention est plus particulièrement, mais non
exclusivement,
dédiée au domaine du moulage en phase liquide ou en thixomoulage d'un alliage
léger à base de magnésium ou d'aluminium. Le thixomoulage consiste à couler
sous
pression le métal dans un état semi-solide c'est-à-dire à une température de
coulée
à laquelle les phases liquides et solides coexistent.
Le moulage en coquille sous pression d'un alliage métallique permet d'obtenir
une pièce finie directement au moulage et est utilisé en très grande série
pour la
fabrication de nombreuses pièces entrant dans des produits de grande
consommation tels que des supports ou des carters, notamment de téléphone
intelligent, de tablette ordinateur, d'appareil photo, mais également des
pièces
soumises à des contraintes élevées, notamment dans l'industrie automobile,
telles
que des rampes d'injection de carburant, ou des distributeurs hydrauliques
sans que
ces exemples ne soient limitatifs. Typiquement, les pièces redevables de ce
procédé
sont de forme complexe, combinant des zones d'épaisseur très variables et
comportant des zones de faible épaisseur. Ces pièces doivent être réalisées en
respectant des contraintes d'aspect et de précision serrées, tout en
maintenant des
cadences de production compatibles avec la fabrication en grande série. Selon
ce
procédé, la matière constituant la future pièce est portée à une température
adaptée,
puis est injectée sous pression dans la cavité d'un moule résistant à la
température
de moulage et comprenant deux coquilles métalliques, ou plus. Le moule est
préchauffé à une température inférieure à la température de la matière
injectée, de
sorte que ladite matière se refroidit au contact des parois du moule. La pièce
est
refroidie dans le moule jusqu'à une température de démoulage, température à
laquelle le moule est ouvert et la pièce, solidifiée, est éjectée du moule.
Avant de
réaliser une nouvelle pièce, le moule étant ouvert, les surfaces constituant
la cavité
dudit moule sont aspergées d'un produit démoulant, généralement un produit
aqueux, assurant l'absence d'accrochage ou de collage de la future pièce
moulée sur
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les parois du moule. Le moule est alors refermé et le cycle recommence. A
titre
d'exemple de mise en oeuvre, le métal est injecté à une température comprise
entre
550 C et 650 C selon la nuance de matière et le type de moulage : en phase
liquide
ou en thixomoulage, alors que le moule est préchauffé à une température de 300
C.
La figure 1, relative à l'art antérieur représente, figure 1A, un exemple de
cycle
thermique correspondant au procédé décrit ci-avant, montrant l'évolution de la
température (102) à la surface de la cavité d'un moule en fonction du temps
(101),
évolution obtenue en installant une sonde de température sur une des surfaces
délimitant la cavité du moule, ou encore au moyen d'une thermographie
infrarouge
de ladite surface, ledit moule étant constitué d'un acier à outillage de type
DIN 1.2343
(AISI H11, EN X38CrMoV5-1) et étant destiné au moulage d'une pièce fine en
alliage
de magnésium, la surface projetée de l'empreinte étant de 200 x 300 mm2. Selon
cet
art antérieur, le moule est préchauffé au moyen d'une circulation d'huile dans
des
conduits pratiqués à cet effet dans le moule. Au cours de l'étape (110) de
coulée, le
métal est injecté dans le moule. Ledit moule est préchauffé à une température
(105)
nominale de préchauffage, fréquemment de l'ordre de 1/3 à 1/2 de la
température
de coulée exprimée en C, de sorte que ledit métal se solidifie au contact des
parois
du moule. Au cours d'une étape (120) de démoulage, le moule est ouvert, puis
la
pièce est extraite du moule au cours d'une étape (130) d'éjection. Au cours de
ces
étapes, la température de la cavité est maintenue proche de la température de
préchauffage. Au cours d'une étape (140) d'aspersion, un agent démoulant est
pulvérisé sur les surfaces de la cavité moulante. Le moule est ensuite refermé
et les
moyens de régulation en température de celui-ci entrent en oeuvre au cours
d'une
étape de chauffage (150) pour amener celui-ci à la température (105) nominale
de
préchauffage, étape de chauffage qui se poursuit jusqu'au recommencement du
cycle. L'étape d'aspersion (140) réduit considérablement la température des
surfaces
de la cavité moulante, de sorte que les moyens conventionnels de chauffage du
moule, notamment par circulation d'huile, ne permettent pas d'atteindre la
température (105) nominale de préchauffage adaptée, tout en respectant les
cadences de production visées.
En effet, dans le cas d'un chauffage par circulation d'huile, l'énergie
thermique
transmise par l'huile au moule est fonction de la différence de température
entre le
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moule et l'huile, de sorte que plus la température du moule se rapproche de la
température de l'huile et moins ce transfert est efficace. L'huile circulant à
une
température égale ou légèrement supérieure à la température nominale de
préchauffage, le temps pour atteindre de nouveau cette température est
conditionné
par les échanges thermiques entre l'huile et le moule, lesquels se réalisent
sur des
durées non compatibles avec les cadences visées.
Ainsi, figure 1B, la température atteinte sur les surfaces de la cavité
moulante
après l'étape de préchauffage, diminue de cycle en cycle. A titre d'exemple,
pour une
température d'huile en circulation de 250 C, et une température nominale de
préchauffage visée de 230 C, la température (106) effective de préchauffage
lors
du 1 Oeme cycle n'est plus que de 195 C et de 185 C lors du 1 4eme cycle. A
titre
d'exemple, la durée du cycle est de l'ordre de la minute, la durée de l'étape
d'éjection
(130) est de l'ordre de 8 secondes et la durée de l'étape (140) d'aspersion et
de
fermeture du moule est de l'ordre de 10 secondes. Ces durées étant variables
selon
la matière moulée, le volume et la complexité de la pièce ainsi que les moyens
mis
en oeuvre. Les cadences correspondant à ces temps ne permettent pas la
remontée
en température du moule par échange thermique avec l'huile en circulation. En
effet,
la remontée à la température de préchauffage visée, dans le temps considéré,
implique une puissance de transfert thermique de plusieurs dizaines de KW, ce
qui
ne peut pas être atteint par échange avec l'huile en circulation, plus
particulièrement
lorsque la différence de température entre l'huile de chauffage et le moule
est
réduite. Il n'est pas non plus possible d'atteindre la dissipation d'une telle
puissance
de chauffage sur les surfaces moulantes par échange conductif avec des
résistantes
chauffantes.
Ainsi, selon ces mêmes mesures, la vitesse maximale de chauffage des
surfaces moulantes au cours de l'étape (150) se réduit à mesure que la
différence
de température entre l'huile et le moule se réduit, pour descendre à des
vitesses de
l'ordre de quelques degrés par minute sur les dernières dizaines de degrés de
préchauffage.
La température des surfaces moulantes de la cavité étant plus froide, le métal
se refroidit plus rapidement au contact de celles-ci et perd plus rapidement
en fluidité
ce qui se traduit par des défauts de qualité de la pièce réalisée, notamment
des
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défauts d'aspect ou des manques de matière, plus particulièrement dans les
zones
de faible épaisseur.
Le document US 2016/101460 divulgue un procédé de moulage comportant
une étape d'aspersion par un agent démoulant des surfaces moulantes d'une
cavité
délimitée par les deux parties d'un moule. Durant l'étape d'aspersion, afin
d'éviter les
chocs thermiques sur la surface moulante et les risques de fissuration, du
fait de la
forte vitesse de refroidissement imposée par l'aspersion de l'agent démoulant,
ce
document préconise un pré-refroidissement desdites surfaces au moyen de la
circulation d'un fluide dans le moule.
Le document U52016/101551 décrit un moule à chauffage et refroidissement
autonomes, le chauffage étant réalisé par induction au moyen d'inducteurs
s'étendant dans des boyaux pratiqués dans le moule. Ce document ne décrit pas
d'opérations d'aspersion des surfaces moulantes, ni de contrôle du
refroidissement
de ces surfaces durant leur aspersion.
L'invention vise à remédier aux insuffisances de l'art antérieur et concerne à
cette fin un procédé pour le moulage en coquille d'un métal dans une cavité,
mettant
en oeuvre un moule comprenant :
a. deux matrices comprenant chacune un bloc portant une surface
moulante, de sorte que lesdites surfaces moulantes délimitent
une cavité moulante ;
b. dans au moins une des matrices, un inducteur cheminant dans
un boyau pratiqué dans le bloc portant la surface moulante ;
c. un générateur pour alimenter par un courant à haute fréquence
ledit inducteur de sorte à chauffer les parois du boyau (340) ;
d. l'inducteur étant
placé à une distance d de la surface moulante
de sorte que la conduction de chaleur de la paroi du boyau
comprenant l'inducteur à la surface moulante, à travers
l'épaisseur dudit bloc, conduise à une distribution uniforme de
la température sur la surface moulante ;
le procédé comprenant les étapes de:
i. remplissage a cavité moulante par injection du métal dans ladite
cavité, ladite cavité étant préchauffée à une température
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nominale de préchauffage Ti par la circulation d'un courant
électrique à haute fréquence dans l'inducteur ;
ii. solidification du métal dans la cavité moulante ;
iii. ouverture du moule et éjection de la pièce ;
5 y.
aspersion des surfaces moulantes de la cavité moulante, le
moule étant ouvert, par un agent démoulant ;
vi.
fermeture du moule et chauffage de la cavité à la température
Ti;
lequel procédé comprend après l'étape iii) d'ouverture du moule et
avant l'étape y) d'aspersion des surfaces moulantes, une étape
consistant à :
iv. chauffer par induction les surfaces moulantes de la cavité alors
que la pièce n'est plus en contact avec lesdites surfaces, et
poursuivre ce chauffage durant étape y) d'aspersion.
Ainsi, la combinaison des moyens de chauffage par induction et le
déclenchement anticipé de ce chauffage avant et pendant l'aspersion permettent
de
compenser au moins partiellement la perte de température liée à l'aspersion
des
surfaces de la cavité. Contrairement aux moyens de l'art antérieur de
chauffage qui
nécessitent de chauffer le moule dans sa masse, le chauffage par induction
concentre ses effets sur les surfaces moulantes et permet ainsi de chauffer de
manière uniforme ces surfaces en un temps très bref, alors que le moule est
ouvert,
en dispensant dans lesdites surfaces une puissance de chauffage de plusieurs
dizaines de KW, sans effet de la température desdites surfaces sur
l'efficacité du
chauffage. Ainsi, le temps nécessaire pour rétablir la température de
préchauffage
adaptée sur les surfaces de la cavité est réduit et les conditions initiales
de moulage
sont conservées de cycle en cycle, sans interruption ni baisse de cadence.
L'invention est avantageusement mise en oeuvre selon les modes de réalisation
et les variantes exposés ci-après, lesquels sont à considérer individuellement
ou
selon toute combinaison techniquement opérante.
Selon un mode de réalisation du procédé objet de l'invention, celui-ci
comprend
entre l'étape i) et l'étape ii) un refroidissement forcé de la cavité
moulante. Ce mode
de réalisation permet ainsi de remplir la cavité à une température de
préchauffage
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élevée, assurant la fluidité de la matière et le remplissage uniforme de celle-
ci, tout
en contrôlant le cycle de refroidissement de la matière et en limitant
l'influence du
temps de refroidissement sur le temps de cycle.
Selon un mode de réalisation le refroidissement forcé est réalisé par la
circulation d'un fluide caloporteur dans un conduit pratiqué dans le moule.
Avantageusement, la température Ti est comprise entre 200 C et 400 C,
préférentiellement entre 250 C et 300 C. Ces températures de préchauffage,
hors
d'atteinte dans la durée par les systèmes de chauffage par circulation d'huile
ou par
résistance électrique, dans les temps de cycle visés, sont particulièrement
adaptées
à la mise en oeuvre des alliages de magnésium, des alliages d'aluminium ou des
alliages de zinc, sans que ces exemples ne soient limitatifs, les températures
de
préchauffage élevées ayant également un effet bénéfique sur les
caractéristiques
mécaniques et métallurgiques des pièces, avec notamment l'obtention de grains
plus
fins ou l'absence de porosité.
Avantageusement, la vitesse de chauffage au cours de l'étape vi) est
supérieure
à 2 C. s-1 et préférentiellement de l'ordre de 5 C. s-1. La concentration de
l'action de
chauffage sur les parois de la cavité moulante permet d'atteindre une telle
vitesse de
chauffage avec une consommation réduite d'énergie et ceci de manière
indépendante de la surface du moule.
Avantageusement, la température des surfaces moulantes atteinte durant
l'étape iv) et avant l'étape y) est supérieure à Ti. Cette surchauffe
contrôlée des
surfaces moulantes alors que la pièce n'est plus en contact avec lesdites
surfaces,
permet de limiter la température minimale atteinte lors de l'aspersion. Ainsi
le
réchauffement au cours de l'étape y) est plus rapide.
Avantageusement, la cavité moulante étant portée à une température comprise
entre 200 C et 400 C, l'alliage métallique mis en oeuvre par le procédé
objet de
l'invention est un alliage de magnésium de type AM20, AM50, AM60 ou AZ91D.
Ainsi
le procédé objet de l'invention permet le moulage de tels matériaux, réputés
difficile
à mouler dans des conditions de temps de cycle compatibles avec une production
en grande série.
Avantageusement, l'alliage métallique est un alliage d'aluminium et de
silicium
comprenant moins de 2 % de silicium, par exemple un alliage de type Al-Mg-Si-
Mn.
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Ce type d'alliage d'aluminium est anodisable, présente une température de
début de
solidification plus élevée que les alliages de fonderie Al-Si classiques, ce
qui se
traduit par de meilleures caractéristiques mécaniques et une stabilité accrue
en
température, au détriment de sa facilité de moulage. Le procédé objet de
l'invention
permet la mise en oeuvre d'un tel matériau de manière reproductible dans des
conditions de production en grande série.
Le procédé objet de l'invention est également adapté au moulage en coquille
des alliages de zinc de type Zamac, moulés par injection sous pression en
chambre
chaude pour la réalisation de pièces en grande série.
Le procédé objet de l'invention est adapté au moulage des alliages
métalliques,
injectés en phase liquide lors de l'étape i). Il est également adapté au
thixomoulage
de ces alliages, injectés en phase sem i-solide lors de l'étape i).
Avantageusement, le bloc portant la surface moulante est constitué d'un acier
de type HTCS 130. La conductivité thermique et la diffusivité thermique
élevées de
cet acier permettent une régulation en température plus réactive des surfaces
moulantes.
Selon une variante de réalisation de l'outillage objet de l'invention, le bloc
portant la surface moulante est constitué d'un matériau non ferromagnétique,
dans
lequel le boyau comprenant l'inducteur est chemisé avec une couche d'un
matériau
de perméabilité magnétique élevée. Ce mode de réalisation est plus adapté au
moulage en coquille sous pression de matériaux à température de fusion élevée,
ou
susceptibles de réagir chimiquement avec les métaux ferreux à la température
de
coulée.
L'invention est exposée ci-après selon ses modes de réalisation préférés,
nullement limitatifs, et en référence aux figures 1 à 5, dans lesquelles :
- la figure 1, relative à l'art antérieur montre ,selon des diagrammes
temps-
température, l'évolution de la température des surfaces de la cavité moulante
d'un moule de moulage en coquille sous pression préchauffé par une
circulation d'huile, figure 1A au cours d'un cycle de moulage, et figue 1B au
cours d'une pluralité de cycles de moulage successifs ;
- la figure 2 est une vue schématique en coupe des matrices délimitant la
cavité
moulante d'un outillage adapté au moulage par injection d'un matériau
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métallique ;
- la figure 3 représente, selon une vue en coupe, un exemple de réalisation de
l'une des matrice d'un outillage selon l'invention adapté au moulage par
injection d'un matériau métallique ;
- la figure 4 représente selon une vue de détail un exemple de réalisation de
l'installation des inducteurs dans une matrice, telle que représentée figure
3,
constituée d'un matériau non-ferromagnétique ;
- et la figure 5 illustre un cycle thermique des surfaces moulantes d'un moule
de moulage en coquille sous pression par la mise en oeuvre de l'outillage et
du procédé objets de l'invention en comparaison du cycle thermique
représenté figure 1A.
Figure 2, selon un schéma de principe de réalisation de l'outillage objet de
l'invention, celui-ci comprend deux matrices (210, 220) et des moyens (non
représentés) pour rapprocher et éloigner lesdites matrices l'une de l'autre,
de sorte
à fermer et à ouvrir le moule. Lorsque le moule est fermé, une cavité moulante
est
formée, cavité délimitée par les surfaces moulantes (211, 221) desdites
matrices.
Seuls les éléments de l'outillage essentiels à la mise en oeuvre de
l'invention
sont ici décrits les autres caractéristiques de l'outillage étant connues de
l'homme du
métier dans le domaine du moulage en coquille sous pression. Ainsi, les
matrices de
l'outillage objet de l'invention comprennent notamment des conduits
d'adduction de
la matière moulée dans la cavité moulante de l'outillage ainsi que des moyens
d'éjection de la pièce moulée après sa solidification.
Figure 3, selon un exemple de réalisation de l'outillage objet de l'invention,
l'une
des matrices (210), et préférentiellement les deux matrices, comprennent des
moyens de chauffage par induction comprenant une pluralité de boyaux (340)
dans
lesquels cheminent des inducteurs réalisant un circuit d'induction. Lesdits
inducteurs
(341) sont, à titre d'exemple, constitués d'un tube ou d'une tresse de cuivre,
isolés
des parois de la matrice par un tube (342) en céramique, par exemple une gaine
en
silice, transparente vis-à-vis du champ magnétique généré par lesdits
inducteurs. Les
inducteurs en tresse de cuivre sont préférés pour le suivi de cheminements
sinueux
comportant des faibles rayons de courbure. Le cheminement des inducteurs est
déterminé notamment par simulation thermique afin d'obtenir une répartition
uniforme
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de la température sur la surface moulante, tout en assurant un temps de
chauffage
de ladite surface moulante le plus réduit possible.
Avantageusement, la matrice (210) est réalisée en deux parties (311, 312).
Ainsi, les boyaux (340) pour le passage des inducteurs sont réalisés par
rainurage
desdites parties avant leur assemblage.
Un conduit ou plusieurs conduits (350) de refroidissement sont ménagés dans
la matrice (210), par perçage ou par rainurage et assemblage, comme pour les
boyaux recevant les inducteurs. Ce conduit (350) permet la circulation, par
des
moyens appropriés, d'un fluide caloporteur dans ladite matrice afin d'assurer
son
refroidissement. Ledit fluide caloporteur circule dans lesdits conduits à une
température très nettement inférieure à la température Ti afin d'assurer un
refroidissement rapide. Selon des variantes de réalisation, le fluide
caloporteur
circule en phase liquide, par exemple si ledit fluide est une huile, ou en
phase
gazeuse, si ledit fluide est de l'air ou un autre gaz caloporteur.
Avantageusement le
circuit de refroidissement comprend un groupe frigorifique (non représenter)
pour la
refroidissement du fluide caloporteur à une température inférieure à la
température
ambiante. La circulation du fluide caloporteur permet de refroidir la matrice
(210) et
plus particulièrement la surface moulante (211). Selon des variantes de
réalisation,
le conduit (350) de refroidissement est placé sur le même plan que les
inducteurs et
se trouve à une distance équivalente de la surface moulante, ou le conduit
(350) de
refroidissement est placé à une distance plus élevée de la surface moulante
que les
inducteurs, ces derniers étant alors compris entre le conduit de
refroidissement et la
surface moulante, ce mode de réalisation privilégiant la vitesse de chauffage
par
rapport à la vitesse de refroidissement, ou encore, le conduit de
refroidissement est
positionné entre la surface moulante et les inducteurs, ce mode de réalisation
privilégiant la vitesse de refroidissement. La circulation du fluide
caloporteur et le
chauffage par induction sont utilisables conjointement à des fins de
régulation de la
température ou de la vitesse de refroidissement. Un capteur de température
(360),
par exemple un thermocouple, est avantageusement placé près de la surface
moulante (211) afin d'en mesurer sa température et pour, le cas échéant,
asservir
les conditions de chauffage et de refroidissement. L'utilisation d'huile comme
fluide
caloporteur de refroidissement permet d'assurer le refroidissement du moule
dans
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les conditions de mise en oeuvre d'un moulage en coquille sous pression d'un
alliage
léger d'aluminium, de magnésium, ou de zinc, le refroidissement en phase
gazeuse
est avantageux pour des températures de mise en oeuvre plus élevées tels que
rencontrées pour des alliages de cuivre, de titane ou de nickel.
5 Le bloc (311) de matière comprenant la surface moulante (211) est
suffisamment épais, de sorte que les boyaux (340) dans lesquels sont placés
les
inducteurs (341) soient éloignés d'une distance d de ladite surface moulante,
afin
que celle-ci soit chauffée, au moins en partie, par conduction de la chaleur
produite
par l'élévation de la température sur les parois desdits boyaux (340), cette
élévation
10 de température résultant de la circulation d'un courant électrique à
haute fréquence
dans l'inducteur (341). Ainsi, la distribution de température, résultant de la
mise en
oeuvre du chauffage par induction, est uniforme sur ladite surface moulante.
La
distance d est par exemple déterminée par simulation numérique du chauffage en
fonction des propriétés des matériaux en présence. Bien que le réseau de
boyaux
(340) recevant les inducteurs (341) soit ici représenté comme s'étendant dans
un
plan, lesdits boyaux sont, selon l'application visée, avantageusement répartis
dans
l'épaisseur du bloc (311) autour de la surface moulante.
Le bloc (311) portant la surface moulante (211) est constitué d'un matériau
métallique afin de présenter une conductivité thermique et une diffusivité
thermique
suffisantes pour la mise en oeuvre des phases de chauffage et de
refroidissement du
procédé objet de l'invention. Avantageusement ledit matériau est
ferromagnétique,
par exemple un acier martensitique ou ferrito-martensitique dont la
température de
Curie est égale ou supérieure à la température de préchauffage visée pour le
procédé de moulage. A titre d'exemple, pour le moulage en coquille sous
pression
d'un alliage léger, le bloc (311) portant la surface moulante est constitué
d'un acier
de type DIN 1.2344 (AISI H13, EN X40CrMoV5-1) ou DIN 1.12343 (AISI H11, EN
X38CrMoV5-1). Avantageusement, ledit bloc est constitué d'un acier d'outillage
tel
que décrit dans le document EP 2 236 639 et distribué commercialement sous la
dénomination HTCS 130 par la société ROVALMA SA, 08228 Terrassa, Espagne.
Cet acier présente une conductivité thermique et une diffusivité thermique
élevées,
ce qui permet de réduire les temps de cycle.
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Les inducteurs (341) sont connectés à un générateur de courant à haute
fréquence, typiquement une fréquence comprise entre 10 kHz et 200 kHz, par des
moyens (non représentés) aptes à accorder le circuit résonnant résultant,
notamment, mais non exclusivement, un coffret de capacités et une bobine
d'adaptation d'impédance, tels que décrits dans le document WO 2013/021055. Le
générateur de courant à haute fréquence et les moyens d'accord du circuit
résonnant
sont sélectionnés de sorte à dispenser une puissance de chauffage par
induction de
la surface moulante (211) de l'ordre de 100 kW. Selon des variantes de
réalisation,
fonction notamment de la dimension du moule, les deux matrices constituant le
moule sont connectées au même générateur à haute fréquence ou à deux
générateurs différents.
Figure 4, selon un autre mode de réalisation, le matériau constituant le bloc
(311) portant la surface moulante de la matrice n'est pas ferromagnétique.
Dans ce
cas, selon un exemple de réalisation, les boyaux comprenant les inducteurs
(441)
sont chemisés avec une couche (443) d'acier de perméabilité magnétique élevée
et
conservant avantageusement ses propriétés ferromagnétiques jusqu'à haute
température, par exemple 700 C. Ainsi, le champ magnétique produit par
l'inducteur
(441) est concentré dans le chemisage (443) qui monte rapidement en
température
et transmet cette température par conduction à la matrice. La chaleur étant
transmise
par conduction jusqu'à la surface moulante, la disposition judicieuse des
inducteurs
permet, comme précédemment, d'assurer une température uniforme sur cette
surface moulante. Selon des exemples de réalisation de cette variante, le bloc
(311)
portant la surface moulante est constitué de cuivre, d'un acier inoxydable
austénitique ou encore d'un alliage à base de nickel résistant à haute
température
de type INCONEL 718 , sans que ces exemples ne soient limitatifs.
Lorsque le bloc (311) est constitué d'un acier ferromagnétique, l'action de
chauffage des inducteurs se répartit entre un chauffage direct par induction
des
surfaces moulantes et la conduction de chaleur depuis les parois des conduits
(340)
comprenant les inducteurs. La répartition de l'énergie entre ces deux modes de
chauffage est fonction de la distance d. Lorsque le bloc (311) est constitué
d'un
matériau non ferromagnétique, un effet similaire est obtenu en déposant, sur
les
surfaces moulantes, un revêtement ferromagnétique, par exemple un revêtement à
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base de nickel.
Figure 5, la comparaison des cycles thermiques (501, 502) subits par les
surfaces moulantes, entre le cycle thermique (501) résultant d'un moule à
chauffage
par circulation d'huile et le cycle thermique (502) résultant de la mise en
oeuvre de
l'outillage objet de l'invention, montre que la durée (520) nécessaire pour
obtenir la
température (105) de préchauffage à partir du début de la phase (140)
d'aspersion
des surfaces moulantes est réduite. Cet effet est lié à la capacité de
dispenser sur
les surfaces moulantes une puissance de chauffage plus importante par les
moyens
de chauffage par induction, en comparaison des moyens de l'art antérieur, et
d'obtenir ainsi une vitesse de chauffe plus rapide, de l'ordre de 5 C.s-1 sur
lesdites
surfaces moulantes, d'une empreinte de surface projetée de 200 x 300 mm2 et
une
puissance de chauffage de l'ordre de 100 kW. De plus, l'utilisation du
chauffage par
induction permet de déclencher le chauffage des surfaces moulantes durant
l'étape
(130) d'éjection de la pièce à un temps (510) postérieur à l'éjection de la
pièce, mais
antérieur au début de l'étape (140) d'aspersion. Ce déclenchement anticipé du
chauffage par induction est réalisé lorsque les surfaces moulantes sont
approximativement à la température (105) nominale de préchauffage de la cavité
moulante. Ledit chauffage a pour effet de porter lesdites surfaces à une
température
(505) supérieure à ladite température (105) de préchauffage, de sorte à
limiter la
chute de température consécutive à l'opération (140) d'aspersion. La puissance
de
chauffage dispensée par les inducteurs sur les surfaces moulantes est
suffisante
pour obtenir cet échauffement sans ralentir l'étape (130) d'éjection et sans
retarder
l'étape (140) d'aspersion. Ainsi, la combinaison du démarrage anticipé du
chauffage,
de la surchauffe d la surface moulante à une température (505) supérieure à la
température (105) nominale de préchauffage, permet, d'une part, d'assurer
l'obtention de la température (105) de préchauffage visée sur les surfaces
moulantes,
dans le temps de cycle visé, et ainsi d'assurer la constance de la qualité des
pièces
réalisées au long des cycles successifs et ainsi de réduire les taux de rebut.
De plus,
cette même combinaison de moyens et de méthode de mise en oeuvre, permet de
réaliser le cycle de moulage en un temps (530) réduit par rapport à l'art
antérieur, la
puissance de chauffage dispensée étant supérieure et indépendante de la
température des surfaces chauffées, apportant ainsi un gain de productivité en
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même temps que l'amélioration de la fiabilité du procédé. Les surfaces
moulantes se
trouvant à une température proche de la température (105) nominale de
préchauffage lorsque le chauffage anticipé desdites surfaces est déclenché, la
mise
en oeuvre de cette mesure au moyen d'un chauffage par circulation d'huile
serait
sans effet, la proximité des températures de l'huile en circulation et de
celle du moule
ne permettant pas la réalisation d'un échange thermique entre l'huile et le
matériau
constituant le moule.
La combinaison des moyens de chauffage par induction et des moyens de
refroidissement de la surface moulante de l'outillage objet de l'invention,
permet de
réguler la température du moule et de la charge de matière moulée au cours de
l'étape (110) de coulée. Ainsi, l'outillage objet de l'invention permet
d'injecter l'alliage
métallique dans un moule plus chaud, pour assurer un meilleur remplissage de
celui-
ci, tout en assurant un refroidissement suffisamment rapide de la matière,
notamment pour éviter l'apparition de porosités ou une taille de grain non
homogène.
A la différence de l'art antérieur, où la cinématique thermique de la phase
(110) de
coulée est dictée par les échanges thermiques passifs entre le moule et la
matière,
la mise en oeuvre de l'outillage objet de l'invention permet de réguler, au
moins en
partie, cette cinématique. Ainsi, le procédé mis en oeuvre au moyen de
l'outillage
objet de l'invention permet d'améliorer la qualité intrinsèque des pièces
moulées par
ce procédé.
La capacité de préchauffer les surfaces moulantes à une température plus
élevée et de maintenir et de réguler cette température durant l'étape (110) de
coulée,
permet la mise en oeuvre d'alliages dont la température de début de
solidification est
plus élevée, tout en assurant le remplissage de la cavité moulante, notamment
des
alliages d'aluminium comprenant moins de 2 "Yo de silicium, hypoeutectiques
par
rapport au système AlSi, en conservant des cadences de production comparables
à celles obtenues pour des alliages eutectiques ou quasi-eutectiques. Ainsi,
le
procédé et l'outillage objets de l'invention facilitent la mise en oeuvre
d'alliages aux
caractéristiques mécaniques plus élevées, notamment les alliages Al-Si-Mg, Al-
Mg-Si
et Al-Mg-Si-Mn, et la mise en oeuvre par moulage en grande série d'alliages
d'aluminium adaptés à une finition par anodisation.
Les effets du procédé objet de l'invention mettant en oeuvre un outillage
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comprenant un chauffage par induction et décrits ci-avant ne sont pas limités
aux
surfaces moulantes de l'outillage mais s'appliquent également aux canaux
d'adduction de matière pratiqués dans la matrice. Bien que le procédé et
l'outillage
objets de l'invention soient présentés comme appliqués à l'une des matrices,
ceux-ci
sont applicables à l'ensemble des matrices délimitant la cavité moulante de
l'outillage. Selon des exemples de réalisation, les inducteurs assurant le
chauffage
des surfaces moulantes desdites matrices sont connectés à un seul générateur
de
courant à haute fréquence ou à des générateurs dédiés à chaque matrice.
La description ci-avant et les exemples de réalisation, montrent que
l'invention
atteint le but visé, et permet, en regard de l'art antérieur, d'augmenter les
cadences
de production, d'améliorer la répétabilité de la qualité des pièces moulées,
d'améliorer la qualité métallurgique et la qualité de réalisation desdites
pièces et
d'ouvrir la possibilité de mise en oeuvre de matériaux de coulabilité plus
difficile dans
les mêmes conditions de productivité et de répétabilité.
