Les bases et les avantages du contrôle de la température pour le moulage sous pression
La dissipation de chaleur hors de la matière fondue influe largement sur la qualité des pièces moulées sous pression. Une température de moule non optimale sur le plan technique peut même être la source principale d’erreurs au sein du processus. Par conséquent, l’utilisation de thermorégulateurs devrait être la première étape décisive dans l’optimisation du processus. Cet article explique le fonctionnement des régulateurs ainsi que leurs avantages.
-
REGLOPLAS Die casting brochure
pdf 2 Mo
Bilan thermique du moule de coulée sous pression
Lors d’un cycle, la quantité de chaleur émise du moule vers l’environnement correspond précisément à celle qui est apportée par la matière fondue jusqu’au démoulage. La quantité de chaleur absorbée par le fluide caloporteur est dissipée via le thermorégulateur. La chaleur est également dissipée par rayonnement, transfert dans l’air et conduction dans les plaques.
Objectif de la thermorégulation du moule
La température du moule est importante pour la dissipation de chaleur hors de la matière fondue, pour le remplissage du moule et pour la solidification de la pièce moulée sous pression. Plusieurs facteurs comme par ex. la température de la matière fondue et le temps de remplissage jouent également sur la qualité des pièces. L’expérience montre toutefois qu’une grande partie des rebuts est due en premier lieu à des températures de moule inadéquates. Pour éviter ce problème, le thermorégulateur assure les tâches suivantes:
- chauffage du moule à la température de service
- maintien du moule à la température de service
Une thermorégulation bien paramétrée se traduit par des temps de cycle optimaux, la grande longévité du moule et la haute qualité constante des pièces moulées sous pression.
La haute qualité constante des pièces suppose la maîtrise des processus thermiques du moulage sous pression. Le réglage incorrect de la température du moule a un impact direct sur la qualité des pièces. Voici quelques exemples couramment rencontrés dans la pratique:
Température de moule trop élevée
Si les pièces sont difficiles à démouler parce qu’elles sont déformées ou adhèrent au moule, ceci est souvent dû à une température de moule trop élevée. On tente souvent de remédier à ce problème en pulvérisant plus d’agent de démoulage. Mais cela s’accompagne d’autres problèmes : la porosité de la pièce coulée augmente. En outre, l’agent de démoulage brûle sur la surface du moule, inhibant les propriétés de séparation.
Des cycles allongés et l’usure accrue du moule sont également typiques d’une température de moule trop élevée. Les cavités de retrait et une stabilité dimensionnelle insuffisante entraînent des rebuts inutiles et avec eux une mauvaise productivité.
Température de moule trop basse
Les parois de moule trop froides entravent également l’effet lubrifiant de l’agent pulvérisé. Pulvériser davantage d’agent ne résout pas le problème puisqu’il n’est pas correctement adsorbé à la surface du moule. On observe ici aussi une stabilité dimensionnelle insuffisante et surtout le remplissage incomplet du moule. Cet effet s’observe tout particulièrement suite à un arrêt de la production.
Les chocs thermiques survenant lors de l’introduction du matériau réduisent la durabilité du moule, ce qui s’accompagne de coûts de maintenance accrus. Les pertes de qualité peuvent également être dues à la solidification prématurée de la matière fondue, à la formation de stries ou aux bavures.
Remède : adapter la régulation de température
De tels effets peuvent se présenter avec tous les alliages. Ils sont toutefois plus ou moins marqués en fonction de l’alliage. Une technique de thermorégulation adaptée de manière optimale au processus permet de réduire au minimum ces effets indésirables et coûteux.
Un système de thermorégulation abrite les quatre composants suivants:
- système de canaux de thermorégulation dans le moule
- thermorégulateur
- fluide caloporteur
- raccords régulateur - moule
L’interaction optimale de ces composants suppose le respect de différentes conditions.
Le moule lui-même nécessite une surface de canal de thermorégulation suffisante ainsi que des sections de canal généreusement dimensionnées. Ceci est nécessaire pour réduire au minimum les pertes de pression au sein du moule. En général, une pompe standard dans le thermorégulateur est à cet égard suffisante. Les coûts supplémentaires engendrés lors de la construction des moules sont largement compensés par les temps de cycle plus courts et la meilleure qualité des pièces.
Le thermorégulateur doit adapter la température du moule selon des limites strictes au moyen d’une régulation. Pour ce faire, la capacité de chauffage, de refroidissement et de pompage doit être adaptée aux différentes exigences.
Le fluide caloporteur doit présenter de bonnes propriétés de transmission de chaleur afin de dissiper de grandes quantités de chaleur en peu de temps. Un fonctionnement à l’eau est privilégié car elle permet un meilleur transfert de chaleur que l’huile. Si on travaille avec de l’huile, le dimensionnement généreux des canaux de thermorégulation est essentiel pour compenser ce facteur.
Les conduites de raccord entre le régulateur et le moule doivent présenter la section ad hoc et une bonne isolation thermique. La section des conduites d’alimentation doit correspondre aux raccords pour le départ et le retour. Si ce n’est pas le cas, il y a une perte de pression et la conduite d’alimentation ne parvient plus à fournir les quantités de fluide caloporteur effectivement requises par le moule. Ceci entraînerait une diminution inutile de la productivité et de la qualité des pièces.
Lors de la sélection du thermorégulateur, les critères ci-dessous déterminent le profil de puissance du système de thermorégulation:
| Paramètre | But |
| Matériau mis en œuvre | Température du moule |
| Température du moule | Fluide caloporteur (eau / huile) |
| Poids du moule & temps de chauffage | Puissance de chauffage |
| Quantité mise en œuvre par unité de temps | Puissance de refroidissement |
| Gradient de température au sein du moule | Débit |
| Conditions de pression et d’écoulement au sein du moule | Pression de refoulement de la pompe |
Régulation de température au sein du processus
Les températures au sein du moule varient selon l’endroit et changent temporairement lors du cycle de moulage. La bonne qualité de la pièce moulée sous pression suppose que le niveau de température pouvant par moments changer reste constant dans toute la cavité du moule.
Le système de thermorégulation maintient la température de préchauffage du moule constante lors de la production et limite dans le même temps la température de surface maximum. Il veille à que cette plage de température ne dérive pas vers le haut ni vers le bas lors de la production. On dispose pour ce faire de trois modes de régulation:
- Régulation de la température du fluide
C’est cette méthode qui est le plus fréquemment utilisée. La précision de réglage est suffisante dans de nombreux cas. - Régulation de la température du moule
Une sonde de température est ici intégrée au système. Cette méthode est requise lorsque la température du moule doit être contrôlée dans des limites très strictes et un fonctionnement automatique est exigé. - Régulation en cascade
Cette méthode combine les modes de régulation ci-dessus et améliore encore le contrôle de la température au sein du moule.
Des thermorégulateurs correctement conçus offrent de nombreux avantages pour la production. Utilisés de manière ciblée, ils contribuent à la rentabilité du processus de production, et ce, à plusieurs niveaux.
Durée de vie accrue des moules
Une répartition uniforme de la chaleur garantit une durée de vie nettement plus longue des moules. On évite les fissures de contrainte dues à une surchauffe ponctuelle ; les noyaux ne chauffent pas excessivement non plus. Les intervalles de maintenance sont allongés et les coûts de maintenance ainsi que les temps morts sont réduits au minimum.
Coûts de production réduits
D’autres avantages sont les temps de chauffage réduits ainsi qu’une moindre consommation d’agent de démoulage. En cas d’utilisation d’huile caloporteuse, il n’y a pas d’entartrage ni de corrosion des canaux de thermorégulation.
Productivité accrue
Le chauffage rapide et ciblé avant-même d’entamer la production garantit une diminution du temps de préparation et un taux de rebut minime au démarrage de la production. Suite à des interruptions, le processus regagne sa stabilité rapidement car le moule est maintenu à température. Si nécessaire, une régulation automatique de la température assure un fonctionnement entièrement automatique avec un contrôle absolument indépendant de l’expérience du personnel de service.
Qualité accrue
Correctement utilisés, les thermorégulateurs garantissent des pièces coulées de haut de gamme. La stabilité dimensionnelle constante et élevée fait la norme, de même que les fissures de retrait réduites et la surface propre des pièces coulées. Les thermorégulateurs permettent ainsi de réaliser de grandes économies en réduisant les rebuts et les coûts d’entretien et de réparation.