Le coût du moulage sous pression de l’aluminium est étroitement lié au comportement de la pièce lors du processus de moulage. La surface projetée, le sens d’ouverture du moule, le flux de métal, l’équilibre thermique du moule, la position de la carotte d’injection et l’usinage secondaire sont autant d’éléments qui influencent le prix final.
1. Réduire le tonnage des machines
Une pièce moulée plus lourde ne nécessitera pas toujours la machine la plus puissante disponible. Dans le domaine de l’aluminium haute pression moulage sous pressionLa surface projetée et la pression dans la cavité ont un impact considérable sur la force de serrage nécessaire.
C’est pourquoi un boîtier large et plat de 0,8 kilogramme peut nécessiter une machine plus grande qu’une pièce plus dense de 1,0 kilogramme.
La surface projetée peut modifier la taille de la machine :
Supposons que la modification de la pièce réduise suffisamment sa surface totale projetée pour permettre de passer d’une machine de 600 tonnes à une machine de 500 tonnes. Même avec une variation minime du poids de l’aluminium, les coûts liés aux heures machine peuvent diminuer.
| Option machine | Exemple de coût horaire | Coût du cycle de 40 secondes par prise de vue* |
| 400 tonnes | 65 $/heure | 0,72 $ |
| 500 tonnes | 78 $/heure | 0,87 $ |
| 600 tonnes | 92 $/heure | 1,02 $ |
Pour 100 000 cycles de production, une différence de seulement 0,15 dollar par tir représente environ 15 000 dollars au total.
Dans la mesure du possible, évitez les brides trop larges, les profils extérieurs surdimensionnés et les caractéristiques qui augmentent la surface projetée sans apporter d’avantage fonctionnel.
2. Simplifier l’ouverture de la matrice
La structure de matrice la plus économique permet généralement à la majorité de la pièce d’être éjectée via les deux moitiés de matrice fixes et mobiles principales.
Les caractéristiques des pièces à face latérale peuvent nécessiter des glissières hydrauliques, des glissières à axe angulaire ou des noyaux mobiles. De tels mécanismes augmentent les coûts de production des outils et créent des points d’usure supplémentaires.
Les caractéristiques typiques qu’il convient d’examiner comprennent :
- trous latéraux
- Rainures de verrouillage
- fentes latérales
- Clips orientés latéralement
- Nids derrière des murs verticaux
Un grand chariot latéral peut ajouter environ 3 000 à 10 000 dollars, voire plus, au prix d’un outil de taille moyenne. Ce coût dépend de la course, des dimensions, du mode d’actionnement et de la conception de l’outillage.
Pour une production de 10 000 pièces, une glissière à 6 000 dollars engendre un surcoût de 0,60 dollar par pièce. Ce calcul exclut les frais de maintenance supplémentaires et les pertes liées aux temps de cycle.
3. Simplifiez la ligne de séparation
La ligne de séparation définit l’endroit où les deux moitiés principales de la matrice se rejoignent autour de la pièce moulée.
Une surface de séparation relativement simple est plus facile à usiner, à assembler, à étanchéifier et à entretenir. Les lignes de séparation étagées ou fortement profilées allongent le temps d’ajustement de la matrice et compliquent la gestion des bavures.
Des lignes de séparation complexes peuvent engendrer des coûts supplémentaires :
- Usinage de matrices supplémentaire
- Travaux d’ajustement supplémentaires
- Risque d’éclair accru
- Plus de découpe
- Entretien plus difficile
- Sensibilité accrue à l’usure des matrices
Pour les acheteurs, l’important n’est pas de savoir si la ligne de joint apparaît dans les fichiers CAO. Ce qui compte, c’est de savoir si des caractéristiques esthétiques ou structurelles obligent les fabricants d’outillage à concevoir une surface de joint trop complexe.
Décaler de quelques millimètres seulement un élément décoratif (marchepied, bride ou fente) peut parfois permettre d’obtenir une structure de matrice beaucoup plus simple, sans affecter la fonctionnalité du composant fini.
4. Raccourcir les trajets d’écoulement du métal
La possibilité de réaliser des parois minces constitue un avantage du moulage sous pression de l’aluminium. Cependant, le remplissage de ces sections minces devient plus difficile lorsque le métal en fusion doit s’écouler sur de longues distances.
Une section de paroi de 2 mm placée près de la porte se comporte de manière très différente d’une paroi de 2 mm située à l’extrémité d’un boîtier étendu après plusieurs virages.
Les longs trajets d’écoulement peuvent nécessiter :
- vitesse d’injection plus élevée
- Conception de portail plus exigeante
- ventilation supplémentaire
- Assistance sous vide
- zones de débordement plus vastes
Ces mesures peuvent accroître la complexité de l’outillage ou restreindre la plage de paramètres de fabrication. Plutôt que de se contenter de se demander « Cette paroi peut-elle avoir une épaisseur de 1,8 mm ? », les acheteurs devraient également évaluer la distance que doit parcourir l’aluminium à travers cette section de 1,8 mm.
Dans la mesure du possible, raccourcissez les longs et étroits trajets d’écoulement, évitez les changements brusques et fréquents de direction du flux et placez les sections ultra-minces plus près des points d’alimentation viables.
5. Réduire les points chauds locaux
Un bossage épais ou un bloc de métal massif n’augmente pas seulement la consommation d’aluminium. Il modifie également le comportement du transfert de chaleur à l’intérieur de la matrice.
Par exemple, un bossage de 9 mm entouré de parois de 2,5 à 3 mm peut rester chaud même après la solidification complète des zones environnantes. Cette masse localisée peut nécessiter une capacité de refroidissement supplémentaire et accroître les risques de défauts de retrait ou de soudure de la puce.
Ils peuvent mener à :
- Temps de solidification plus long
- Circuits de refroidissement supplémentaires
- Risque de porosité accru
- Surchauffe locale de la puce
- Ajustements supplémentaires du processus
- Durée du cycle plus longue
Supposons qu’une zone de matériau lourd prolonge le temps de cycle de 38 à 42 secondes.
La cadence de production théorique passe d’environ 95 tirs par heure à 86 tirs par heure, soit une baisse de 9 à 10 %. L’élimination du métal superflu dans ces zones critiques permet donc de réduire la consommation de matériaux et la durée des cycles de production.
6. Diffuser davantage de fonctionnalités directement
L’un des principaux avantages du moulage sous pression de l’aluminium est sa capacité à produire des géométries quasi-définitives.
Si la conception ne tire pas parti de cet avantage et usine chaque trou, bossage, poche et évidement à partir de matière massive, les coûts des opérations secondaires peuvent rapidement augmenter.
Les caractéristiques pouvant être partiellement ou totalement formées dans la matrice comprennent :
- trous de guidage
- Monter les boss
- Récessus
- préformes de contre-alésage
- Fonctionnalités de localisation
- Ouvertures non critiques
Par exemple, au lieu de couler une pièce pleine et de percer un trou de 10 mm de diamètre, la matrice peut réaliser un avant-trou de 8,5 à 9 mm de diamètre. Il ne reste alors qu’un faible volume de matière pour l’usinage final.
Cela réduit la durée d’usinage, la production de copeaux et l’usure des outils de coupe, tout en maintenant la précision dimensionnelle nécessaire aux travaux d’assemblage.
7. Plan des portes et des broches d’éjection
Un modèle CAO finalisé peut sembler entièrement terminé, mais la matrice nécessite toujours des zones pratiques pour l’entrée du métal, l’évacuation du trop-plein et l’éjection des composants.
Des difficultés surviennent si chaque surface extérieure est définie comme cosmétique, ne laissant aucun endroit acceptable pour les traces de la porte d’impression, les marques de découpe des débordements, les empreintes des broches d’éjection ou les lignes de séparation.
Lors de la revue de conception, identifier les surfaces pouvant supporter :
- Garniture de portail
- Connexions de débordement
- Marques de l’éjecteur
- Témoin de la ligne de séparation
- Légère variation après découpe
Ce point revêt une importance particulière pour les boîtiers grand public, les composants d’éclairage, les boîtiers électroniques et autres composants en aluminium présentant des surfaces visibles.
Lorsque les positions de la porte et de l’éjecteur sont soumises à des contraintes importantes, les fabricants de matrices peuvent être contraints d’adopter des conceptions de canaux plus complexes, des étapes de polissage supplémentaires, des travaux d’ébavurage supplémentaires ou des opérations de finition cosmétique secondaires.
8. Réduire l’usinage CNC
Certaines surfaces en aluminium moulé sous pression nécessitent impérativement des opérations d’usinage. Les alésages de roulement, les gorges de joints toriques, les faces de montage du moteur, les trous taraudés et les zones d’étanchéité critiques en sont des exemples typiques.
Une erreur coûteuse survient lorsqu’on applique ces normes de précision strictes à des surfaces sans incidence fonctionnelle.
Prenons l’exemple d’un boîtier en aluminium produit à 100 000 exemplaires :
| Processus | Original | Optimisé |
| moulage sous pression | 4,20 $ | 4,20 $ |
| Configuration CNC 1 | 0,75 $ | 0,75 $ |
| Configuration CNC 2 | 0,60 $ | — |
| Perçage/Taraudage | 0,35 $ | 0,35 $ |
| Total | 5,90 $ | 5,30 $ |
L’élimination de la deuxième configuration CNC permet de réduire les coûts de 0,60 dollar par pièce, ce qui équivaut à environ 60 000 dollars pour 100 000 unités.
Cela explique pourquoi les surfaces de contact critiques doivent être nettement différenciées de la géométrie standard de la pièce moulée. Les nervures cachées, les ailettes de refroidissement ou les bossages non accolés n’exigent généralement pas les mêmes tolérances que les portées de palier.
Le volume de production modifie la priorité des coûts
La conception optimale pour le moulage sous pression d’aluminium n’est pas nécessairement celle qui présente les coûts d’outillage les plus bas. Le volume de production détermine si les acheteurs doivent privilégier le coût initial de l’outillage ou les coûts unitaires récurrents.
Supposons que la suppression d’une glissière permette de réduire les coûts d’outillage de 6 000 dollars, tandis qu’un autre ajustement de conception permet d’économiser 0,30 dollar sur chaque pièce individuelle.
| Volume de production | Économies de 6 000 $ sur l’outillage | Économie de 0,30 $ par unité |
| 5 000 pièces | 1,20 $/partie | 1 500 $ au total |
| 50 000 pièces | 0,12 $/pièce | 15 000 $ au total |
| 100 000 pièces | 0,06 $/pièce | 30 000 $ au total |
| 250 000 pièces | 0,024 $/pièce | 75 000 $ au total |
Pour les petites séries, la simplification des glissières, des noyaux et des lignes de joint permet de réaliser les plus importantes économies. Pour les volumes de production plus élevés, la durée du cycle machine, les éléments moulés, le temps d’usinage et les taux de rebut deviennent progressivement les principaux facteurs déterminants du coût total sur la durée de vie.
D’où proviennent généralement les plus grandes économies
Les économies les plus importantes proviennent souvent des opérations répétées pour chaque lot ou chaque pièce finie. Un outillage de découpe à 5 000 dollars représente une économie unique de 5 000 dollars. En revanche, la suppression d’une étape d’usinage à 0,45 dollar génère des économies d’environ 45 000 dollars sur 100 000 unités.
Pour les acheteurs de pièces en aluminium moulées sous pression, la réduction des coûts est donc étroitement liée au volume de production et à la conception du processus :
- Faible volume :Simplifier l’ouverture des matrices, les glissières, les noyaux et les lignes de séparation.
- Volume moyen :équilibrer le coût de l’outillage avec la taille de la machine et l’usinage.
- Volume élevé :prioriser le temps de cycle, les éléments moulés, les rebuts et les opérations secondaires.
Une pièce moulée sous pression en aluminium économique est bien plus qu’un simple composant léger. C’est une pièce conçue en tenant compte des contraintes pratiques liées à la force de serrage, à l’écoulement du métal, aux performances thermiques du moule, aux besoins d’alimentation et d’éjection, et à la fabrication de pièces quasi-finies.