FAQ sur la conception pour la fabrication

Vous êtes-vous déjà demandé ce qu'il faut pour concevoir des pièces pour le processus de moulage sous pression ? Où se trouve l'emplacement optimal de la porte d'embarquement ? Quelle peut être la finesse des murs ? Quelles fonctionnalités peuvent être ajoutées ?

L'ingénieur d'application senior de Dynacast, Max Gondek, est titulaire d'un diplôme d'ingénieur en génie mécanique de Purdue et travaille dans l'industrie du moulage sous pression depuis plus de dix ans. Découvrez ci-dessous ses réponses aux questions fréquemment posées sur la conception pour la fabrication :

Pourquoi la conception pour la fabrication (DFM) est-elle importante ?

Max Gondek : Il est important de collaborer avec un ingénieur Dynacast le plus tôt possible dans la phase de conception pour vous orienter dans la bonne direction lorsque vous effectuez des changements importants (et critiques).

DFM va être des changements relativement mineurs qui vont avoir un impact énorme sur la qualité des pièces, la durée de vie de l'outil et le processus de fabrication en général.

Max Gondek : Dans la coupe transversale de la pièce moulée ci-dessous, la vue de gauche montre une grande indentation qui a été supprimée. Il s'agit d'une vue en coupe d'un économiseur de métal, qui est utilisé pour aider à éclaircir la paroi en sections épaisses.

Sur le côté droit de la vue, nous avons considérablement réduit l'économiseur de métal. Normalement, vous voulez réduire autant de matière que possible de la coulée, mais dans cet exemple spécifique, enlever trop de matière créerait en fait une condition de paroi mince sur le bord intérieur de la pièce moulée, entraînant d'éventuels problèmes liés à l'écoulement, ou pire, un trou dans la coulée

Ce que nous avons fini par faire, c'est vraiment réduire la profondeur de l'économiseur de métal, ainsi que l'augmentation de l'épaisseur de la paroi pour la rendre plus uniforme. Cela nous a permis d'améliorer la qualité de la coulée et le flux de matériaux. Cela a également amélioré la durée de vie de nos outils et nous a donné quelques zones pour fabriquer des goupilles d'éjection, qui sont ces petits cercles.

Max Gondek : Dans la coupe transversale de la pièce moulée ci-dessous, la vue de gauche montre une grande indentation qui a été supprimée. Il s'agit d'une vue en coupe d'un économiseur de métal, qui est utilisé pour aider à éclaircir la paroi en sections épaisses.

Sur le côté droit de la vue, nous avons considérablement réduit l'économiseur de métal. Normalement, vous voulez réduire autant de matière que possible de la coulée, mais dans cet exemple spécifique, enlever trop de matière créerait en fait une condition de paroi mince sur le bord intérieur de la pièce moulée, entraînant d'éventuels problèmes liés à l'écoulement, ou pire, un trou dans la coulée

Ce que nous avons fini par faire, c'est vraiment réduire la profondeur de l'économiseur de métal, ainsi que l'augmentation de l'épaisseur de la paroi pour la rendre plus uniforme. Cela nous a permis d'améliorer la qualité de la coulée et le flux de matériaux. Cela a également amélioré la durée de vie de nos outils et nous a donné quelques zones pour fabriquer des goupilles d'éjection, qui sont ces petits cercles.

Disposez-vous d'une équipe dédiée pour vous aider avec DFM ?

Max Gondek : Oui. Nous faisons ce genre de choses tous les jours. Notre travail quotidien est DFM et l'analyse des pièces moulées pour les clients. Nous aimons arriver tôt et nous aimons collaborer sur la conception des pièces.

Notre équipe examine chaque conception et, en fonction de l'alliage, de la taille de la pièce, des exigences de qualité, etc., nous faisons des recommandations qui vous conviennent le mieux, ainsi que le processus de moulage sous pression. Nous utilisons une grande variété d'expertises dans toutes nos installations - nous avons une équipe à multiples facettes qui travaillera toujours ensemble.

Une fois par semaine, nous réunissons nos responsables de l'ingénierie pour examiner les conceptions sur lesquelles nous travaillons afin de les perfectionner et de travailler à une solution qui fonctionne non seulement pour une usine, mais aussi pour Dynacast dans son ensemble. De plus, nous utilisons un logiciel de simulation de coulée (MAGMA) pour nous aider à atteindre le processus final.

Comment le DFM aide-t-il à éviter la porosité par rétrécissement ?

Max Gondek : La première chose que nous faisons lorsque nous obtenons un modèle qui nécessite une évaluation est d'essayer de l'amincir et de réduire le poids, tout en gardant une épaisseur de paroi uniforme. Une épaisseur de paroi uniforme est vraiment essentielle dans le moulage sous pression.

Dans le moulage sous pression, l'outil en acier est rempli de matière fondue - aluminium, magnésium, zinc—à grande vitesse. Et l'extérieur de la pièce moulée se solidifie en premier, en se frayant un chemin vers l'intérieur. Au fur et à mesure qu'il se solidifie, l'alliage de coulée se rétracte volumétriquement, vous laissant avec une porosité de retrait. C'est l'un des principaux défauts que vous allez voir dans le moulage sous pression. Essentiellement, la pièce est laissée avec de petits pores ressemblant à une éponge.

Pour éviter la porosité, nous vous recommandons (et c'est un exemple très simpliste) d'ajouter des économiseurs de poids, ou des économiseurs de métal, pour enlever autant de cette masse que possible.

L'objectif final est d'avoir une épaisseur de paroi aussi uniforme que possible, car cela permettra d'obtenir un modèle de solidification uniforme, ce qui va, à son tour, diminuer autant que possible la porosité de retrait. Dans notre exemple ci-dessous, nous avons retiré de la matière du haut de la pièce, du bas de la pièce, et nous avons ajouté des économiseurs de métal à l'extrusion à l'avant pour essayer de l'amincir également.

L'enlèvement de poids est relativement simple, mais il a un impact énorme sur la qualité des pièces et, à son tour, sur la production, réduisant considérablement le temps de cycle. Le moulage sous pression est généralement limité par la rapidité avec laquelle vous pouvez fabriquer une pièce, en enlevant de la matière de la coulée, ce qui permet aux pièces de se solidifier plus rapidement et conduit à plus de tirs par heure, et en substance, réduit le coût des pièces.

Quel est l'impact du brouillon sur la conception des pièces dans le moulage sous pression ?

Max Gondek : Une fois que la forme générale de la pièce est terminée et qu'elle est un peu amincie, le brouillon est la prochaine chose cruciale que vous devez ajouter.

La meilleure analogie que j'ai pour le brouillon, qui devient de moins en moins pertinent, est celle des bacs à glaçons à l'ancienne. Vous versez de l'eau dedans, vous le mettez dans le congélateur, vous attendez un moment, vous le sortez, puis vous pliez et cassez le plateau, en regardant les glaçons tomber. Cependant, lorsque vous cassez ces glaçons, ce ne sont pas des carrés parfaits. Le bac à glaçons a des bords effilés, ou tirant d'air, dans le moule pour permettre à la glace de sortir.

La même logique s'applique au moulage sous pression. Si vous n'aviez pas de courant d'air et que tous vos murs étaient perpendiculaires, le moulage collerait à l'outil. Vous ne seriez pas en mesure de retirer la pièce de l'outil et de continuer à faire des pièces moulées.

Nous avons donc allégé notre partie, nous avons ajouté le tirant d'eau, et maintenant, nous devons évaluer l'ajout de rayons, de congés et de ronds.

Quels sont les avantages des congés et des rayons dans la conception de pièces ?

Max Gondek : Les filets et les rayons brisent les angles vifs de la coulée sous pression. La règle empirique est que vous ne pouvez pas avoir un coin tranchant sur un moulage sous pression autre que la ligne de joint (où deux morceaux d'acier à outils se rejoignent).

Du côté de la coulée, cela va aider à l'écoulement des matériaux et à réduire les concentrations de contraintes. Au fur et à mesure que la pièce moulée se solidifie, elle exerce des contraintes matérielles sur la pièce moulée, de sorte que le fait d'avoir des ronds et des congés réduira la concentration de contraintes et aidera à empêcher vos pièces moulées de se fissurer - certainement un gros avantage ! La durée de vie de l'outil sera également prolongée grâce à ces fonctionnalités.

Que se passe-t-il si ma pièce continue d'échouer aux tests ? Comment DFM peut-il vous aider ?

Max Gondek : Permettez-moi de vous expliquer une erreur courante que la plupart des gens commettent lorsqu'ils conçoivent pour le moulage sous pression. Imaginez que votre pièce soit soumise à une analyse par éléments finis (FEA) et qu'elle échoue parce qu'elle ne répond pas aux exigences structurelles. Une chose que la plupart des gens essaient de faire, c'est de le rendre plus épais. Ils ajoutent plus de masse et, à leur tour, ils augmentent les rayons et l'épaisseur de la paroi. Plus c'est épais, plus c'est fort, n'est-ce pas ? Non.

La meilleure chose que vous puissiez faire si vous essayez de améliorer la force de lancer est d'ajouter des nervures, des toiles, des aspects structurels de cette nature.

Quelle est la fonction des bossages de goupille d'éjection ?

Max Gondek : Donc, comme je l'ai déjà mentionné, vous avez un tirant d'eau, cela aide le moulage à se détacher de l'outil, mais l'une des choses qui doit réellement pousser le lancer s'appelle les goupilles d'éjection.

Il s'agira, vous savez, de goupilles en acier dans l'acier à outils qui peuvent réellement actionner et déplacer la pièce moulée de l'outil. Ainsi, ils pousseront physiquement le lancer, ce qui lui permettra d'être éjecté, saisi avec un robot, puis, vous savez, utilisé lors de tout post-traitement. Certains moulages sont très bien conçus dès le départ, et ils n'ont besoin de rien d'extraordinaire. D'autres pièces moulées, cependant, peuvent avoir besoin d'ajouter une caractéristique spécifique uniquement pour les broches d'éjection.

L'image en haut à droite peut montrer, peut-être, une sorte de bossage de goupille d'éjection qui est ajouté sur le côté, qui vous permet de pousser. En général, vous voulez pousser sur le haut d'une côte, pas nécessairement, comme, sur la base d'une boîte. Si vous avez quelque chose avec, par exemple, beaucoup d'ailettes de dissipateur thermique, nous allons souvent ajouter des bossages de goupille d'éjection sur ceux-ci également, comme vous le voyez en bas à droite. Donc, encore une fois, cela va nous donner une zone à pousser, à pousser le moulage de l'acier à outils.

Quelle est l'importance des tolérances dans le processus de moulage sous pression ?

Max Gondek : Il est vraiment crucial de définir votre design le plus tôt possible. Il se peut que vous ayez un beau modèle CAO. Il a l'air superbe. Il a tout le tirant d'eau, les ronds et les filets, mais nous devons nous assurer qu'il répond également aux exigences de tolérance.

De notre côté, nous pouvons aider à la conception de la ligne de joint, à la configuration de l'outillage, à la variation de température et à l'analyse, mais il y a beaucoup de travail à faire du côté de la géométrie de la pièce qui a un impact sur le côté dimensionnel, comme le retrait linéaire. Vous devez également comprendre les limites du moulage sous pression.

Du côté de la tolérance, si vous essayez de réduire l'usinage, le moulage sous pression est une excellente solution pour respecter les tolérances requises.

Comment le matériau joue-t-il dans la conception pour la fabrication ?

Max Gondek : Le matériau est tout aussi important dans le processus DFM que toutes les autres étapes mentionnées précédemment. Et le choix des matériaux joue un rôle important dans la conception de votre composant. Sans entrer dans les détails, le meilleur endroit que je puisse vous indiquer est notre outil de sélection de métaux.  Je recommande vivement, vivement cet outil. Il vous permet de basculer en temps réel entre la conductivité thermique, les résistances à la traction, les poids, les densités, etc. Vous pouvez vraiment déterminer quel alliage est le plus logique pour vous et votre projet.