Comment surmonter les défis liés à la fonderie sous pression de l’aluminium pour les énergies nouvelles ?

Pourquoi le moulage sous pression en aluminium est-il essentiel — et complexe — pour les véhicules à énergie nouvelle

Les avantages de la fonderie sous pression en aluminium pour les véhicules à énergie nouvelle (VEN) sont assez considérables, notamment en ce qui concerne la réduction du poids et la possibilité de recycler ultérieurement les matériaux. Lorsque les véhicules intègrent des pièces en aluminium plus légères, leur consommation d’énergie globale diminue, ce qui prolonge l’autonomie des batteries entre deux recharges — un facteur essentiel au quotidien pour tout conducteur de véhicules électriques. Selon les données sectorielles, la plupart des voitures modernes contiennent en effet environ 20 à 30 kilogrammes de pièces moulées en aluminium, représentant plus de 70 % des éléments structurels essentiels des VEN, tels que l’emplacement des batteries ou la gestion des moteurs. L’élimination du poids superflu aide également les fabricants à atteindre leurs objectifs environnementaux, car les véhicules plus légers nécessitent naturellement moins d’énergie pour fonctionner efficacement sur la route.

L'augmentation de la production soulève de véritables problèmes techniques. Lors de la coulée sous pression de pièces complexes, notamment celles de grand format, nous sommes souvent confrontés à des problèmes de porosité. Cela affaiblit les pièces lorsqu’elles sont soumises à des sollicitations thermiques ou mécaniques en service. Par ailleurs, ces cycles rapides de chauffage et de refroidissement usent les moules bien plus rapidement que prévu. La durée de vie des outillages diminue, ce qui augmente le coût unitaire de chaque pièce. La situation se complique encore davantage pour les fabricants de véhicules à énergie nouvelle, qui exigent de leurs composants des parois plus fines et une intégration accrue afin d’optimiser au maximum l’efficacité énergétique et les gains d’espace. Résoudre ces problèmes n’est pas une simple option : c’est une nécessité absolue pour garantir la solidité structurelle, la précision dimensionnelle et la fiabilité à long terme de ces véhicules sur des plateformes à faible empreinte carbone.

Résolution des problèmes de porosité et des défauts de surface dans la fonderie sous pression d’aluminium pour les composants de véhicules à énergie nouvelle

Moulage sous pression d’aluminium assisté par vide : réduction de la porosité gazeuse jusqu’à 70 %

Le moulage sous pression assisté par vide élimine les poches d’air en créant des conditions de pression négative lors de l’injection du métal dans le moule, permettant d’atteindre des pressions dans la cavité inférieures à 50 mbar. En pratique, cela empêche les gaz de se piéger à l’intérieur des pièces moulées en aluminium. Lors de la fabrication de bacs à batteries pour véhicules à énergie nouvelle et de carter de moteur, on observe environ 70 % moins de défauts liés à la porosité, tout en respectant néanmoins les exigences strictes de tenue à la pression. Ce procédé se distingue notamment par sa capacité à produire des pièces structurelles pouvant subir un traitement thermique, avec une densité matérielle homogène sur l’ensemble de la pièce. Cela revêt une importance capitale pour la sécurité en cas de collision, conformément aux normes industrielles telles que l’ISO 6892-1 et la FMVSS 301. Les rapports d’atelier font état d’une réduction du taux de rejets lors des contrôles radiographiques ainsi que d’une diminution des interventions de reprise après moulage, en particulier sur les composants à parois minces, plus sensibles. Globalement, les rendements augmentent sans aucune dégradation des performances des composants.

Optimisation des systèmes de remplissage et de dégazage pour prévenir les défauts de fusion froide dans les pièces moulées structurelles

Un positionnement adéquat des buses de coulée et un design soigné des évents permettent d’éviter les défauts de fusion froide, car ils maintiennent l’écoulement du métal à la température et à la vitesse appropriées. Pour les pièces à section étroite, telles que celles utilisées dans les composants de châssis de véhicules électriques (EV), l’emploi de buses coniques est pertinent, car il réduit les pertes de chaleur. Les évents directionnels sont également essentiels, puisqu’ils évacuent l’air piégé avant que le métal ne commence à se solidifier. Selon certaines études de modélisation informatique, lorsque la surface totale des évents dépasse de 30 % celle de la busée, on observe une réduction d’environ 45 % des problèmes liés à l’écoulement turbulent. Les normes industrielles actuelles intègrent généralement ce type de considérations, ainsi que d’autres facteurs tels que la sélection des matériaux et les techniques de préparation des moules.

• Puits de débordement coniques destinés à capturer les matières superficielles oxydées
• Canaux d’éventage à gradins conçus pour s’adapter à l’expansion des gaz
• Dispositions des matrices à ventilation périphérique optimisées pour des géométries complexes présentant une grande surface

Ces caractéristiques, combinées, maintiennent un écoulement laminaire tout au long des séries de production, empêchant ainsi la solidification prématurée aux joints critiques et garantissant la continuité mécanique dans les sections supportant des charges.

Allongement de la durée de vie des matrices et gestion de la fatigue thermique dans la fonderie sous pression d’aluminium à haut volume

Les aciers à outils avancés de type H13 avec revêtements Ni Cr Mo augmentent la résistance à la fatigue thermique d’un facteur 2,3

Dans le domaine de la fonderie sous pression d’aluminium à haut volume, les cycles thermiques restent la principale cause de l’usure des moules. L’application de revêtements de nickel-chrome-molybdène sur les aciers à outils H13 constitue une bonne barrière thermique qui réduit les variations de température à la surface d’environ 40 %. Cela contribue à atténuer les différences de coefficients de dilatation lorsque l’aluminium fondu, à environ 660 degrés Celsius, entre en contact avec l’acier du moule plus frais. Résultat ? Moins de microfissures apparaissent et se propagent dans le matériau, ce qui constitue l’un des modes de défaillance courants observés lors des essais de fatigue SAE J434. L’expérience concrète acquise en usine montre que ces moules revêtus présentent une durée de vie environ 2,3 fois supérieure face à la fatigue thermique par rapport aux moules non revêtus classiques. En outre, la surface plus dure résiste mieux à l’adhérence et à l’usure causées par le contact répété avec l’aluminium. En associant cette technologie de revêtement à des canaux de refroidissement conformes soigneusement conçus, les fabricants peuvent assurer une stabilité dimensionnelle prolongée de leurs outillages, bien au-delà de 200 000 cycles de production. Cela se traduit par des coûts globaux réduits et des pièces qui restent conformes aux spécifications pour des applications critiques dans les véhicules à énergie nouvelle, où la constance est primordiale.

Permettre la fonderie sous pression durable de l'aluminium pour la fabrication d'énergies nouvelles à faible émission de CO2

Les systèmes intégrés de fusion, de dégazage et de maintien réduisent la consommation d'énergie de 18 % et les émissions de CO2 de 22 %

Lorsque les fabricants utilisent des systèmes intégrés de fusion, de dégazage et de maintien, ils réduisent le déplacement des matériaux entre les différentes étapes du procédé. Cela signifie moins de pertes de chaleur, une oxydation réduite et un temps de manipulation des matériaux nettement moindre pour les opérateurs. L’intégration de toutes les étapes de préparation de l’aluminium dans un procédé continu permet d’économiser environ 18 % des coûts énergétiques par tonne d’alliage coulé. Parallèlement, les émissions de dioxyde de carbone diminuent d’environ 22 % par rapport aux anciennes méthodes par lots. L’avantage réel réside dans la capacité à travailler avec de l’aluminium recyclé provenant de produits grand public. Selon des études menées par le Département de l’énergie des États-Unis, le recyclage de l’aluminium ne nécessite que 5 % de l’énergie requise pour produire du métal neuf à partir de matières premières. À mesure que les constructeurs automobiles du monde entier fixent des objectifs d’émissions plus stricts, conformément à des cadres tels que la Science Based Targets initiative (SBTi), ces systèmes permettent aux usines de réduire leur empreinte carbone tout en conservant une qualité élevée des pièces moulées et des taux de production satisfaisants. Pour l’industrie des véhicules électriques, qui se tourne vers l’avenir, cela représente une voie concrète permettant de concilier préoccupations environnementales et exigences opérationnelles dans le domaine de la fonderie sous pression d’aluminium.

Section FAQ

Quels sont les principaux avantages de l'utilisation de la fonderie sous pression en aluminium dans les véhicules électriques nouveaux (NEV) ?

La fonderie sous pression en aluminium dans les NEV offre des avantages significatifs, tels que la réduction du poids, ce qui se traduit par une durée de vie accrue de la batterie et une meilleure efficacité énergétique.

Quels défis sont associés à la fonderie sous pression en aluminium à grande échelle ?

La fonderie sous pression en aluminium à grande échelle fait face à des défis tels que les problèmes de porosité, l’usure accrue des moules due aux cycles rapides de variation de température et le respect de la précision dimensionnelle sur des pièces complexes.

Comment la fonderie sous pression assistée par vide permet-elle de réduire la porosité gazeuse ?

La fonderie sous pression assistée par vide permet de réduire la porosité gazeuse en créant des conditions de dépression pendant le moulage, ce qui diminue fortement la quantité d’air piégé dans les pièces moulées en aluminium.

Pourquoi la fatigue thermique constitue-t-elle un problème dans la fonderie sous pression en aluminium ?

La fatigue thermique est un problème car les variations fréquentes de température provoquent l’usure des moules, entraînant l’apparition de microfissures et une réduction de la durée de vie opérationnelle des moules.