Naomi Nishi, de la Japan Die Casting Association, faisait le point sur le développement des nouveaux procédés d'injection des alliages d'aluminium au Japon (squeeze casting, sous vide traditionnel et sous vide poussé, ..., thixocasting et réheocasting)
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NI_process
New Injection die casting process by Ahresty

De nouveaux process pour répondre à de nouveaux besoins client
Il rappelait tout d'abord que pour répondre aux nouveaux challenges des clients (soudabilité, allongement), les mots-clefs de la technologie de la fonderie sous pression étaient pour ces pièces :

  • Remplissage basse vitesse (laminaire)
  • Moulage sous vide (ou ultra vide)
  • Injection semi-solid (ou semi-liquide)
  • Grande vitesse d'injection (ou ultra haute vitesse)

 

Chacune de ces méthodes ayant été développée pour réduire les porosités internes.
La faible vitesse d'injection et le sous vide réduisent les soufflures tandis que l'injection semi-solid limite les retassures.

La liste des procédés
De nombreux procédés d'injection ont été développé au Japon que l'on peut diviser en famille

  • Injection basse vitesse (Slow Shot Die casting) qui comprend Acurad process, Squeeze casting, Laminar flow die casting, Slow shot die casting, NI (New Injection) process, DP (Direct pouring) process
  • Local pressurizing process qui comprend le Local pressurizing process, le Runner local squeeze et le Squeeze pin feedback control system
  • Vacuum die casting (sous vide) qui se divise en procédés similaires Massive vent (tirage d'air massif), GF (Gas Free) die casting,    Vacural process, MFT process (Minimum Fill Time), NICS process (Nissan Innovative Casting System), HIVAC-V process  -Hitachi Vacuum-Vacural), CF (control Filling) process et le PF (Pore Free) die casting
  • Le Semi-solid Die Casting qui se divise en deux sous-process; le Thixocasting et le Rheocasting


L'histoire de la réduction des porosités a démarrée avec le développement du procédé Acurad en 1966 par GM dont les concepts utilisés sont une attaque épaisse et une remplissage à vitesse lente pour réduire les soufflures et une solidification dirigée par le contrôle de la température moule alliée à une alimentation forcée par un piston intérieur (dans le piston) pour réduire les retassures. Le procédé Acurad n'est plus utilisé de nos jours du fait des dysfonctionnement machines et de son inefficacité pour les pièces fines.

Squeeze casting vertical
Dans le squeeze casting vertical japonnais, le métal est versé dans le conteneur incliné et le piston vertical injecte l'alliage à travers des attaques épaisses. La quantité de gaz inclus dans les pièces est réduite à 1 ml/100 g d'aluminium et autorise les traitements thermique de type T6.

Le Slow shot die casting sur machine horizontal permet également de réaliser un remplissage laminaire et d'exercer une pression sur le métal via un piston surpresseur dans le moule mais nécessite de maintenir à température le conteneur pour éviter les pré solidifications.

Dans les procédés NI process (New Injection die casting process) et DP Process (Direct pouring cast process), le métal alimente directement la cavité par une pompe électromagnétique ou une pression d'air. Le NI process est développé par Ahresty. Un poteyage en poudre enduit le système d'alimentation et la cavité pour éviter les reprises de coulée (fractured chill structure)

Squeeze pin
Denso utilise, pour sa part, un piston surpresseur local (squeeze pin) pour densifier les zones à retassures et obtenir des pièces étanches. Dans certains cas, la pression peut être appliquée sur le système d'alimentation plutôt que sur la pièce entière. Toyota, quant à lui, utilise un système particulier qui contrôle le mouvement du squeeze pin avec la force appliquée mesurée pendant la poussée.

Denso_squeeze_pin
Denso squeeze pin

Sous vide
Le sous vide traditionnel permet d'atteindre 200 à 500 mbar (20-50 kPa) dans l'empreinte. Le sous vide poussé, appelé quelquefois "ultra high vacuum die casting" permet d'atteindre 100 mbar (10 kPa) ou moins.

Des améliorations récentes dans les systèmes de sous vide ont vus le jour ces dernières années. Le Vacural développé par Muller Weingarten et VAW en est un exemple. Une pression cavité maintenu sur une longue période de 50 mbar permet de réaliser des pièces avec 1 à 3 ml/100 g d'aluminium et de réaliser des traitements T6. DaimlerChrysler et Porsche l'ont utilisés pour mouler des pièces de structure.

Vacural_process
Vacural process de Muller Weingarten

Nissan utilise le NICS process (Nissan Innovative Casting Process), variante du Vacural développé par Nissan.
Hitachi Metals a aussi développé le procédé HIVAC-V, également basé sur le Vacural.

Le procédé MFT (Minimum Fill Time Process) développé par Alcan-BDW est un procédé de sous vide et d'alimentation des pièces par une attaque importante et un temps de remplissage réduit. Ce procédé a été appliqué à des pièces d'Audi A2. Le procédé a évolué récemment sous le nom de High Q-Cast en combinant un alliage, un traitement thermique et un poteyage spécifiques.

Yamaha a mis au pointe le CF Process (Control Filling Process) qui mélange le sous vide, le contrôle de la température du moule et de la vitesse du piston.

Le procédé Pore Free consiste, quant à lui, à injecter de l'oxygène par le trou de coulée. L'oxygène remplace l'air et un vide est créé à l'injection lorsque l'aluminium se combine avec l'oxygène. Une évacuation d'air adéquate est nécessaire pour retirer tout l'oxygène du moule.

Thixocasting et Rheocasting
L'origine de ces 2 technologies remonte aux années 1970 au MIT (USA) avec M.C. Flemings. Le thixocasting (appelé encore semi-liquid casting) consiste à réchauffer une billette thixotrope alors que le Rheocasting (appelé semi-solid casting) consiste à brasser l'alliage liquide pour lui faire atteindre le stade pâteux et l'injecter. Le thixocasting SSM a été lancé en 1993 et utilisé mondialement avant d'être arrêté à cause du surcoût de la matière première.

Depuis, la tendance récente est de développer des procédés de fonderie sous pression basés sur le principe de la rhéocoulée.
Hitachi Metals  a développé un process de squeeze casting ou un alliage "solid-liquid" est préparé en versant un alliage liquide dans le conteneur équipé d'un brasseur électromagnétique. UBE a lui aussi développé un process (New Rheocasting) où l'alliage est d'abord versé dans un cylindre de préparation.

Technologies de production de pièces fines
La difficulté de production des pièces fines tient à l'apparition de défauts de type reprises. Récemment, des vitesses d'injection de 10 m/s (au lieu de 2 à 3 m/s) se sont révélées capables de réaliser des pièces fines avec une surface externe correcte. Un notebook de 0.6 mm d'épaisseur en aluminium a pu être ainsi réalisé.

Nouveaux alliages
Bien que 14 alliages d'aluminium soient normalisées (JISH5302:2000) en fonderie sous pression au Japon, une récente enquête de la Japan Die casting Association indique que l'ADC12 représente 94 % de la production et 460.000 tonnes/an moulé par les 136 sociétés les plus importantes.

En Europe et aux USA, le Silafont-36 développé par Rheinfelden est utilisé pour sa grande ductilité. Le fer est limité à 0.15 % et est compensé par le manganèse (0.5 à 0.8 %) pour limiter le collage (réaction moule/métal). Nissan a utilisé également un alliage à bas fer.

Pour l'industrie de l'électronique et les dissipateurs thermiques, des alliages à haute conductivité sont recherchés. Daiki Aluminium a développé ainsi un alliage Al-Si-Fe avec une conductivité thermique de 190 W/mK après un traitement à 400°C.