Le moulage par gravité est souvent plus adapté que le moulage sous pression lorsque les volumes de production sont modérés, les sections relativement épaisses, l’intégrité sous pression importante, un traitement thermique requis ou la géométrie interne dépend de noyaux de sable.
Moulage par gravité contre HPDC
| Facteurs liés au projet | Moulage par gravité | Procédé de moulage sous pression à haute pression |
| Volume de production | Faible à moyen | Moyen à très élevé |
| Investissement dans l’outillage | Inférieur | Plus haut |
| Sections typiques | Moyen à épais | Mince |
| Vitesse de remplissage | Relativement lent | Très rapide |
| Piégeage par gaz | Généralement plus facile à contrôler | Plus sensible sans vide |
| Traitement thermique | Plus pratique | Plus restreint |
| Utilisation du noyau de sable | Bien adapté | Difficile |
| Cycle de production | Minutes | Secondes |
Pour les décisions d’approvisionnement, le temps de cycle ne doit pas être considéré isolément. L’outillage, l’usinage, le contrôle, le traitement thermique, les pertes de qualité et le volume de production contribuent tous au coût réel d’une pièce moulée finie.
Cas 1 — Les projets à faible volume privilégient le coulage par gravité
La technologie HPDC nécessite généralement un investissement initial bien plus important dans la puce et l’installation de production. Son coût récurrent plus faible ne devient rentable que lorsque la production de composants permet d’amortir cet investissement supplémentaire.
Prenons l’exemple d’un boîtier en aluminium dont les coûts estimés sont les suivants :
| Article de coût | Moulage sous pression par gravité | HPDC |
| Outillage | 14 000 $ | 47 000 $ |
| Coût de fonderie/pièce | 8,20 $ | 5,20 $ |
| Outillage HPDC supplémentaire | — | 33 000 $ |
| Avantage du coût unitaire HPDC | — | 3,00 $ |
Une différence de coût d’outillage de 33 000 $ divisée par une économie de 3 $ par unité permet d’atteindre le seuil de rentabilité à environ 11 000 composants. Pour seulement 3 000 pièces, le coût total s’élève à environ 38 600 $ pour le moulage par gravité, contre environ 62 600 $ pour le moulage sous pression à haute pression.
Pesanteur moulage sous pressionIl est donc plus judicieux pour des projets tels que :
- Composants de remplacement :La demande est limitée ou irrégulière.
- Machines spécialisées :Les séries de production restent relativement petites
- Véhicules à faible volume :Le rendement ne justifie pas le coût élevé des puces HPDC.
- Développement de produits :La géométrie peut encore changer après la production initiale
Lorsque la demande à long terme est incertaine, réduire l’investissement initial en outillage diminue également le risque lié à l’achat. Payer beaucoup plus cher pour une capacité de production en série haute pression (HPDC) n’a que peu d’intérêt si le projet n’atteint jamais le volume nécessaire pour rentabiliser cet investissement.
Cas 2 — Les pièces structurelles se prêtent mieux au moulage par gravité
La capacité à remplir rapidement des sections minces est l’un des principaux atouts du procédé HPDC. Cet avantage perd de son importance lorsque la pièce présente déjà des parois épaisses, des bossages renforcés, de larges brides ou des zones de fixation importantes.
Un boîtier industriel de 6 kg avec une épaisseur de paroi moyenne de 7 mm a des exigences de production très différentes de celles d’un boîtier électronique mince de 2 mm.
Les tendances typiques du processus sont :
- 5–3 mm :HPDC présente généralement un avantage certain
- 3–5 mm :L’un ou l’autre procédé peut convenir.
- 5–8 mm :Le moulage par gravité devient de plus en plus pratique
- 8–12+ mm :La géométrie structurelle peut favoriser le coulage par gravité
Ces valeurs doivent être considérées comme des références de conception plutôt que comme des limites strictes de fonderie. Le choix de l’alliage, la distance d’écoulement, la taille des composants, les exigences mécaniques et le volume de production peuvent tous influencer le procédé optimal.
Par exemple, la production annuelle de 4 000 boîtiers avec un cycle de coulée par gravité de cinq minutes nécessite environ 333 heures de production. Si cette capacité suffit déjà à couvrir la demande annuelle, l’investissement dans un système HPDC capable d’une production bien supérieure pourrait s’avérer peu rentable.
Cas 3 — Les pièces étanches à la pression privilégient le moulage par gravité
Les pièces moulées sous pression sont évaluées différemment des couvercles ou supports ordinaires, car la porosité interne peut avoir une incidence directe sur leur étanchéité. Les carters hydrauliques, les corps de pompe, les composants de vannes et les pièces de compresseur nécessitent donc une attention particulière quant à l’écoulement du métal et aux gaz emprisonnés.
Le remplissage par gravité s’effectue à une vitesse plus faible, ce qui facilite généralement la gestion de l’entraînement d’air turbulent. Cela n’élimine pas la porosité, mais peut rendre le moulage par gravité intéressant lorsque l’intégrité de la pression prime sur le rendement maximal.
Les candidats les plus courants sont :
- Carter de pompe et hydraulique
- Corps de soupape
- Composants du compresseur
- Pièces moulées pour la manipulation des fluides
- Boîtiers en aluminium testés pour l’étanchéité
Un devis de fonderie de base peut également masquer la véritable différence de coût :
| Article de coût | HPDC | Coulage par gravité |
| Moulage de base | 7,80 $ | 9,10 $ |
| Imprégnation | 0,70 $ | — |
| Inspection supplémentaire des fuites | 0,25 $ | 0,10 $ |
| Indemnité de rejet | 0,30 $ | — |
| Coût effectif | 9,05 $ | 9,20 $ |
L’écart de prix initial de 1,30 $ se réduit à seulement 0,15 $ par composant accepté après l’ajout des coûts liés à la qualité. Sur un programme de 20 000 pièces, un taux de rejet de 1,5 % représente également 300 composants, soit environ 2 700 $ de valeur de pièce finie avant prise en compte du tri, des nouveaux tests, de la production de remplacement et du transport.
Cas 4 — Le traitement thermique favorise le moulage par gravité
Le moulage par gravité mérite une attention particulière lorsqu’une pièce nécessite un traitement T5/T6, un traitement de mise en solution, un soudage ou des performances mécaniques améliorées. Le moulage HPDC conventionnel peut retenir les gaz issus du remplissage à grande vitesse ; ces gaz emprisonnés peuvent se dilater lors du traitement à haute température et accroître le risque de cloquage.
Cette considération est primordiale lorsque les spécifications l’imposent :
- Propriétés T5 ou T6 :La résistance dépend du traitement post-plâtre
- Soudage:Le raccordement en aval fait partie du circuit d’assemblage
- Résistance structurelle supérieure :Le traitement thermique peut remplacer le renforcement.
- Résistance à la fatigue :Les performances mécaniques importent plus que la vitesse du cycle
Une comparaison fondée uniquement sur le devis de la fonderie peut donc être trompeuse :
| Article de coût | HPDC | Coulage par gravité |
| Moulage de base | 7,40 $ | 9,00 $ |
| Traitement thermique | — | 1,20 $ |
| Plaque de renfort | 2,00 $ | — |
| Assemblage supplémentaire | 1,20 $ | — |
| Coût du composant fini | 10,60 $ | 10,20 $ |
Bien que le prix de départ de l’ébauche moulée par gravité soit plus élevé, la pièce finie permet d’économiser 0,40 $ par unité grâce à la suppression des renforts et d’une étape d’assemblage. Cette économie atteint environ 4 000 $ pour 10 000 pièces, 20 000 $ pour 50 000 pièces et 40 000 $ pour 100 000 pièces.
Cas 5 — Les cavités complexes favorisent le moulage par gravité
Un autre avantage important du moulage par gravité est sa capacité à utiliser des noyaux de sable jetables. Ces noyaux peuvent former des cavités fermées, courbes ou interconnectées difficiles à démouler avec l’outillage rigide conventionnel du moulage haute pression conventionnel.
Cette fonctionnalité est utile pour les composants contenant :
- chemises d’eau et canaux de refroidissement
- chambres de pompe
- passages de soupapes internes
- carters de moteur creux
- Chemins d’écoulement multiples
Supposons qu’un corps de pompe nécessite un passage interne incurvé. Un noyau en sable coulé par gravité peut coûter environ 1,30 $ par composant, tandis que la production de la même géométrie par HPDC suivie de deux opérations CNC pourrait coûter environ 3,20 $.
Cette différence de 1,90 $ représente environ 19 000 $ pour 10 000 pièces. L’usinage peut également engendrer des coûts supplémentaires : montages, consommation d’outils de coupe, gestion des copeaux, capacité machine accrue et contrôles dimensionnels supplémentaires.
Dans ce cas précis, le moulage par gravité n’est pas choisi uniquement parce qu’il s’agit d’un procédé à plus faible volume. Il est plus adapté car la pièce moulée elle-même peut intégrer une plus grande partie de la géométrie interne requise et réduire les opérations de fabrication secondaires.
Quand le moulage par gravité devient-il le meilleur choix ?
Le moulage par gravité devient de plus en plus intéressant lorsque plusieurs des conditions mentionnées ci-dessus se retrouvent dans un même projet. Plus une pièce dépend de quantités de production modérées, de sections importantes, de l’étanchéité sous pression, du traitement thermique ou de la géométrie du noyau de sable, moins la vitesse de production élevée du moulage par gravité haute pression (HPDC) est importante.
| Condition du projet | Pourquoi le moulage par gravité peut mieux s’ajuster |
| Volume faible à moyen | Un coût d’outillage inférieur est plus facile à récupérer |
| Sections structurales épaisses | La capacité HPDC à paroi mince offre moins d’avantages |
| Exigences d’étanchéité à la pression | Le piégeage des gaz peut être plus facile à gérer |
| Traitement thermique requis | Le traitement T5/T6 est généralement plus pratique |
| Cavités internes complexes | Les noyaux de sable peuvent former directement des passages fermés. |
| HPDC a besoin de plus de travaux secondaires | Le coût des pièces finies peut favoriser le moulage par gravité. |
Un composant n’a pas besoin de remplir toutes les conditions. Un corps de pompe de 7 mm d’épaisseur, produit à 8 000 exemplaires par an et nécessitant un test d’étanchéité, par exemple, présente déjà plusieurs caractéristiques qui plaident en faveur du moulage sous pression par gravité.
L’évaluation finale doit donc comparer l’outillage, la fonderie, l’usinage, le traitement thermique, les essais et les rebuts, et non pas uniquement le prix unitaire de la pièce moulée. Lorsque la fonderie par gravité permet d’éviter des investissements inutiles en outillage ou de supprimer suffisamment d’étapes de traitement en aval, son cycle plus lent peut néanmoins aboutir à une pièce finie plus économique.