La principale différence réside dans la manière dont l’aluminium fondu est forcé dans le moule : Le moulage sous pression haute pression (HPDC) utilise une pression d'injection de 10 à 175 MPa pour remplir la cavité en quelques millisecondes. , à basse pression moulage sous pression (LPDC) repose sur une pression de gaz contrôlée de 0,02 à 0,1 MPa, et le moulage sous pression par gravité (GDC) n'utilise aucune pression externe, uniquement le poids du métal. Ces différences dans les principes fondamentaux des processus se traduisent par des résultats distincts en termes de vitesse, de complexité des pièces, de propriétés mécaniques et de coût.
Comprendre la mécanique physique explique pourquoi chaque méthode convient à différentes applications.
L'aluminium fondu est injecté dans une matrice en acier trempé à vitesses de 30 à 100 m/s par un piston hydraulique. Le métal remplit la cavité en 10 à 100 millisecondes et se solidifie sous une pression soutenue. Deux variantes existent : chambre chaude (pour les alliages à bas point de fusion) et chambre froide (standard pour l'aluminium). Les temps de cycle sont aussi rapides que 15 à 60 secondes par partie .
Un four scellé se trouve sous la filière. Un gaz sous pression (généralement 0,02 à 0,1 MPa) pousse le métal à travers un tube montant jusqu'à la cavité du moule. Le remplissage lent et contrôlé minimise les turbulences, ce qui entraîne faible porosité des gaz et excellente santé interne . Les temps de cycle sont plus longs, généralement de 3 à 8 minutes par pièce.
Également appelé moulage en moule permanent, GDC verse l'aluminium fondu par gravité directement dans un moule métallique réutilisable sans pression appliquée. Le remplissage est lent et doux, ce qui rend le processus idéal pour les pièces à parois épaisses et structurellement critiques. C'est la configuration la plus simple, avec les coûts d'outillage sont 30 à 50 % inférieurs à ceux du HPDC pour des tailles de pièces comparables.
Le tableau ci-dessous présente les mesures les plus pertinentes pour la décision parmi les trois méthodes.
| Paramètre | Haute pression (HPDC) | Basse pression (LPDC) | Gravité (GDC) |
|---|---|---|---|
| Pression d'injection | 10 à 175 MPa | 0,02 à 0,1 MPa | Aucun (gravité uniquement) |
| Temps de cycle | 15 à 60 secondes | 3 à 8 minutes | 3 à 10 minutes |
| Épaisseur minimale de paroi | 0,5 à 1,0 mm | 2 à 3 mm | 3 à 5 mm |
| Finition de surface (Ra) | 0,8 à 1,6 μm | 1,6 à 3,2 μm | 3,2 à 6,3 μm |
| Niveau de porosité | Plus élevé (piégeage de gaz) | Faible | Faible à moyen |
| Soudabilité / Traitement thermique | Limité (porosité) | Oui | Oui |
| Coût de l'outillage (relatif) | Élevé (50 000 $ à 250 000 $) | Moyen | Faibleest |
| Volume de production optimal | 50 000 à 1 million de pièces | 5 000 à 100 000 pièces | 500 à 50 000 pièces |
| Tolérance dimensionnelle (qualité informatique) | IT8-IT10 | IT10–IT12 | IT12–IT14 |
La vitesse d'injection élevée du HPDC lui permet de remplir des cavités complexes avec des épaisseurs de paroi aussi fines que 0,5 mm — une capacité inégalée par les deux autres méthodes. Les boîtiers de transmission automobile, les supports de batterie de véhicules électriques et les cadres de smartphones s'appuient tous sur cette capacité à produire des géométries fines et complexes à grande échelle.
LPDC est préféré lorsque la complexité est modérée mais que l’intégrité interne est essentielle. Les roues automobiles en aluminium - l'une des applications LPDC les plus répandues - nécessitent le faible porosité et microstructure cohérente que procure le taux de remplissage contrôlé, combiné à des parois généralement de 3 mm ou plus d'épaisseur.
GDC gère bien les sections transversales les plus épaisses. Les culasses de moteur et les collecteurs d'admission sont des pièces GDC courantes, où des épaisseurs de paroi de 5 à 10 mm sont normales et où la solidification plus lente facilite réellement la structure et l'usinabilité des grains.
Les pièces HPDC ont des structures à grains fins près de la surface en raison d'une solidification rapide, ce qui donne une bonne résistance à la traction - généralement 240 à 310 MPa UTS pour les alliages courants comme l'A380. Cependant, la porosité interne des gaz issus du remplissage turbulent limite la ductilité et rend le traitement thermique risqué (formation de cloques).
LPDC et GDC permettent tous deux un traitement thermique T6 (traitement thermique en solution vieillissant artificiellement), poussant la résistance à la traction à 280 à 330 MPa avec des allongements de 5 à 12 % dans des alliages comme l'A356-T6. Cela en fait la voie privilégiée pour les pièces structurellement chargées dans les systèmes de suspension, les fusées d’essieu et les supports aérospatiaux.
| Processus | Alliage commun | UTS (MPa) | Limite d'élasticité (MPa) | Allongement (%) |
|---|---|---|---|---|
| HPDC | A380 | 240-310 | 160-170 | 1–3,5 |
| LPDC (T6) | A356-T6 | 280-310 | 200-240 | 6-12 |
| GDC (T6) | A356-T6 | 275-310 | 195-235 | 5 à 10 |
L'outillage HPDC est coûteux : une matrice de production pour une pièce automobile de complexité moyenne coûte généralement 80 000 $ à 200 000 $ et est évalué pour 100 000 à 500 000 tirs. Ce coût initial n’a de sens économique que s’il est amorti sur des volumes élevés. À 500 000 pièces, le coût de l'outillage par pièce tombe entre 0,16 et 0,40 USD.
Les moules GDC, souvent en fonte ou en acier doux, coûtent 30 à 50 % de moins que les matrices HPDC équivalentes et sont bien adaptées aux prototypes ou aux séries de production à faible volume de 500 à 10 000 pièces. L'outillage LPDC se situe généralement entre les deux 30 000 $ à 100 000 $ , justifié par les industries des roues et des composants structurels qui produisent des lots de 20 000 à 80 000 par an.
Chaque méthode s’est taillée une niche d’application distincte basée sur ces compromis.
Le cadre décisionnel est simple une fois les exigences de la candidature définies :
La HPDC assistée par vide comble de plus en plus le fossé : en évacuant la cavité de la matrice avant l'injection, la porosité du gaz diminue considérablement, permettant un traitement T5 ou T6 sur les pièces coulées à haute pression. Cette variante est désormais largement utilisée dans les composants structurels automobiles tels que les tours d'amortisseurs et les nœuds de carrosserie en blanc, où des parois minces et une capacité de traitement thermique sont nécessaires simultanément.
