Le matériau froid moulé sous pression est un défaut courant mais destructeur qui nuit à la qualité, performance, et l'apparence des pièces moulées. Il se forme lorsque le métal en fusion perd trop de chaleur lors du remplissage., conduisant à une fluidité réduite et à un remplissage incomplet de la cavité du moule. Ce défaut n’entraîne pas seulement une hausse des taux de rebut (jusqu'à 20% dans les cas graves) mais pose également des risques pour la sécurité des composants critiques tels que les pièces de moteurs automobiles ou les éléments structurels de l'aérospatiale.. Pour aider les fabricants à identifier, prévenir, et résoudre ce problème, cet article détaille systématiquement la nature du matériau froid moulé sous pression, ses causes profondes, et un cadre d'amélioration étape par étape, soutenu par des données pratiques et les meilleures pratiques du secteur..
1. Comprendre les matériaux de moulage sous pression à froid: Définition, Manifestations, et risques
Avant de résoudre le problème, il est essentiel de définir clairement ce qu’est un matériau de moulage sous pression à froid et son impact sur la production. Cette section utilise un Structure du score total pour couvrir les concepts de base, avec les termes clés mis en évidence pour plus de clarté.
1.1 Définition fondamentale
Le matériau froid moulé sous pression fait référence à un défaut où le métal en fusion subit refroidissement excessif (soit en phase de fusion, processus de transfert, ou remplissage de moule) avant de remplir complètement la cavité du moule. Ce refroidissement réduit la fluidité du métal, le provoquant à se solidifier prématurément ou à former des structures irrégulières qui ne parviennent pas à se lier au métal environnant. Contrairement aux imperfections de surface (Par exemple, rayures), un matériau froid est souvent un “menace cachée”— cela peut apparaître sous forme de marques de surface mineures mais masquer des défauts internes comme un retrait ou des amas de pores.
1.2 Manifestations typiques
Vous pouvez reconnaître une matière froide grâce à quatre signes observables, à la fois en surface et à l'intérieur de la pièce moulée:
| Dimension d'observation | Caractéristiques spécifiques | Méthode de détection |
| Caractéristiques des surfaces | – Rugueux, taches ternes (pas d'éclat métallique)- Lignes d'écoulement évidentes ou en couches “stries”- Pénurie matérielle localisée (petits trous non comblés) | Inspection à l’oeil nu (après sablage) ou lentille grossissante 5x |
| Défauts internes | – Vides de retrait concentrés (0.1-0.5diamètre mm)- Pores agrégés (souvent à proximité de zones de matériaux froids)- Particules solides non fondues (résidus de fusion incomplète) | Inspection aux rayons X ou analyse métallographique (gravure d'un échantillon avec 5% acide nitrique) |
1.3 Principaux domaines de risque
La matière froide n’est pas aléatoire : elle a tendance à se former dans des parties spécifiques de la pièce moulée., là où les pertes de chaleur sont les plus importantes:
- Zones à parois minces éloignées de la porte: Ces sections ont un rapport surface/volume important, accélération de la dissipation thermique. Par exemple, une coque en aluminium de 1 mm d'épaisseur à 100 mm du portail est 3 fois plus susceptible de développer de la matière froide qu'une section de 5 mm d'épaisseur près du portail.
- Fonds de cavités profondes: Le métal en fusion met plus de temps à atteindre ces zones, et la chaleur est emprisonnée contre la paroi du moule – le refroidissement se produit avant le remplissage complet.
- Zones de moulage à basse température: Zones sans préchauffage adéquat (Par exemple, coins de moule, sections à proximité des canaux d'eau de refroidissement) agir comme “chauffer,” refroidir rapidement le métal.
2. Causes profondes du matériau froid coulé sous pression: Une analyse complète
Des matériaux froids se forment en raison d'une combinaison de défaillances dans le contrôle de la température, conception de moisissure, paramètres de processus, et gestion du matériel. Le tableau ci-dessous utilise un facteur-cause-mécanisme structure pour identifier la source du problème, avec des exemples précis pour plus de clarté.
| Catégorie de cause | Échecs spécifiques | Mécanisme de formation de défauts | Exemple du monde réel |
| Contrôle de la température du métal en fusion | 1. Fusion incomplète (alliage non chauffé à la température de traitement)2. Pénurie d'électricité du four de maintien (la température baisse de 20 à 30°C)3. Chambre de pression non préchauffée (température ambiante par rapport à. requis 150-200°C) | 1. Les particules non fondues restent dans le métal, agissant comme “noyaux froids” qui réduisent la fluidité globale.2. Le métal refroidi se solidifie à l'avant du flux, bloquer le remplissage ultérieur.3. La chambre froide absorbe la chaleur du métal en fusion, provoquant une solidification frontale dans 2-3 secondes. | Une usine de coulée d'alliage d'aluminium ADC12 utilisait un four de maintien défectueux : la température du métal est passée de 700°C à 650°C.. Les défauts des matériaux à froid ont augmenté de 3% à 18% dans 1 semaine. |
| Conception de moisissure & Condition | 1. Mauvaise conception des coureurs (changements transversaux soudains, virages serrés)2. Température de moule inégale (eau de refroidissement trop proche de la cavité: <5MM)3. Agent de démoulage excessif (couche épaisse >0.1MM) | 1. Les irrégularités des canaux augmentent la résistance à l'écoulement, prolongeant le temps de remplissage et la perte de chaleur.2. Les zones froides du moule refroidissent le métal en dessous de sa température de liquidus., arrêter le flux.3. Un film épais d'agent de démoulage agit comme un isolant, empêchant le transfert de chaleur du moule au métal (aggravation du refroidissement). | Un fabricant de jouets en alliage de zinc a utilisé un moule dont le canal est courbé à 90°.. Matériau froid formé au niveau du coude 25% des pièces moulées - la refonte à un rayon de 15 mm a réduit les défauts à 2%. |
| Inadéquation des paramètres de processus | 1. Vitesse d'injection lente (<2 m/s pour l'aluminium)2. Synchronisation de maintien de la pression incorrecte (trop tôt, comprimer du métal froid)3. Volume de versement excessif (des matières froides résiduelles s'accumulent dans la chambre) | 1. Un écoulement lent prolonge la durée pendant laquelle le métal est en contact avec le moule froid, refroidissement accéléré.2. La première pression comprime le métal partiellement solidifié, créer un matériau froid en couches.3. Le matériau froid résiduel des cycles précédents se mélange au nouveau métal en fusion, réduire la température globale. | Une usine de pièces automobiles utilisée 1.5 vitesse d'injection m/s pour un support en aluminium de 2 mm d'épaisseur. 30% des pièces contenaient du matériau froid – augmentation de la vitesse jusqu'à 4 m/s a éliminé le défaut. |
| Propriétés des matériaux & Gestion | 1. Écart de composition de l'alliage (faible teneur en silicium dans l'aluminium: <9% contre. requis 11-13%)2. Matériel de retour non filtré (mélangé à des écailles d'oxyde, impuretés) | 1. Une faible teneur en silicium réduit la fluidité de l’aluminium (le silicium agit comme un “activateur de débit”), ce qui le rend plus sujet à la solidification induite par le refroidissement.2. Les impuretés et les oxydes agissent comme des sites de nucléation pour la solidification, déclencher un refroidissement prématuré. | Une usine d'alliage de magnésium mélangée 50% matériau de retour non blindé avec de nouveaux lingots. Cold material defects rose by 12%—reducing return material to 30% and adding a 50μm filter cut defects to 4%. |
3. Plan d'amélioration systématique: De la prévention à la résolution
Eliminating cold material requires a “full-process” approach—addressing temperature control, conception de moisissure, paramètres de processus, et gestion du matériel. Cette section utilise un step-by-step framework with actionable measures and measurable targets.
3.1 Étape 1: Construire un système de contrôle de température précis
La température est la racine de la matière froide : il est essentiel de la stabiliser à toutes les étapes.. Les mesures clés comprennent:
- Étape de fusion:
- Adopter un procédé à double four: Utiliser un four principal (720-750° C) pour une fusion complète et un four auxiliaire (680-710° C) pour un réglage précis de la température jusqu'à la limite supérieure de la fenêtre de processus.
- Installer thermomètres infrarouges en ligne (précision ±2°C) pour surveiller la température du métal en temps réel : déclencher une alarme si elle descend en dessous de la limite inférieure (Par exemple, 670°C pour ADC12).
- Transfert & Étape d'injection:
- Utiliser poches de transfert chauffées (équipé de radiateurs électriques de 5 kW) to maintain metal temperature during transport—reduce heat loss to <5° C.
- Preheat the pressure chamber to 150-200° C (aluminium) ou 180-220° C (magnésium) using electric heating jackets—never start injection with a room-temperature chamber.
- Mold Preheating Stage:
- Ensemble gradient preheating temperatures based on alloy type: Aluminum molds → 200-250°C; Magnesium molds → 220-280°C.
- Utiliser zone-specific heating (Par exemple, install additional heaters in cold spots like deep cavities) to ensure temperature uniformity (écart ≤±10°C).
3.2 Étape 2: Optimiser la conception des moules pour la rétention de chaleur & Couler
A well-designed mold minimizes heat loss and ensures smooth metal flow. Focus sur ces améliorations:
- Refonte du coureur:
- Remplacez les changements transversaux soudains par transitions progressives (angle de conicité 1-3°) pour réduire la résistance à l'écoulement.
- Utiliser patins courbés et lisses (rayon ≥10mm) au lieu de virages serrés, réduisez le temps de remplissage de 30% et la perte de chaleur par 25%.
- Ajouter rainures tampons (volume 1,2x volume du coureur) à l'entrée des zones à parois minces pour stabiliser le flux et empêcher le refroidissement frontal.
- Ajustement de l'équilibre thermique:
- Intégrer inserts calorifuges en céramique (conductivité thermique 0.5 W / m · k) dans des pièces à paroi mince ou à cavité profonde : dissipation lente de la chaleur par 50%.
- Adjust cooling water channel spacing: Keep channels ≥8mm from the cavity surface (contre. common 5mm) to avoid over-cooling.
- Mold Surface Maintenance:
- Polish the cavity surface to Ra ≤0,8 μm (using diamond grinding wheels) to reduce friction and heat loss from metal-mold contact.
- Control release agent application: Utiliser un mist sprayer to apply a thin, uniform film (épaisseur 5-10μm)—avoid excessive spraying that insulates the metal.
3.3 Étape 3: Ajuster dynamiquement les paramètres du processus
Process parameters must match the mold and material to avoid cold material. Key optimizations:
| Paramètre | Adjustment Measures | Valeur cible (Aluminum ADC12) |
| Vitesse d'injection | Adopter “fast-slow-fast” three-stage speed: 1. Initial fast (4-6 MS) to reach the cavity quickly.2. Middle slow (2-3 MS) for thick areas.3. Final fast (3-5 MS) for thin walls. | Filling time ≤2 seconds for parts <200mm de longueur. |
| Maintien de la pression | Start pressure holding 0.2-0.3 secondes after cavity filling (not earlier)—use cavity pressure sensors to trigger timing. | Pression de maintien: 80-120MPA; temps de maintien: 70-80% of total solidification time. |
| Pouring Volume | Calculate the exact single pouring volume using the formula: Volume = (Casting Volume + Runner Volume) × 1.05 (facteur de sécurité). | Avoid residual cold material in the chamber—clean the chamber after every 50 coups de feu. |
3.4 Étape 4: Matériel strict & Gestion des ingrédients
Poor material quality exacerbates cold material—tighten control with these steps:
- Alloy Composition Control:
- Establish an alloy database and conduct spectral analysis for each batch of raw materials—ensure silicon content in ADC12 is 11-13%, magnesium in AZ91D is 0.7-1.0%.
- Ajouter flow-enhancing elements si nécessaire: Pour l'aluminium, ajouter 0.1-0.2% rare earth elements (cérium, lanthanum) to improve fluidity by 15-20%.
- Return Material Management:
- Screen return material with a 1mm mesh sieve to remove oxide scales and impurities.
- Limit return material proportion to ≤30% (mix with 70% new ingots)—higher ratios reduce fluidity and increase cold material risk.
- Raffinage & Dégazage:
- Utiliser argon rotary degassing (15 minutes, 2L/min argon flow) to reduce hydrogen content to <0.15ml/100g Al—this also removes small oxide inclusions.
- Let the molten metal stand for ≥15 minutes after refining to allow slag to float—skim off slag before pouring.
4. Diagnostic sur site & Traitement d'urgence
Even with preventive measures, cold material may occur. Cette section fournit quick-response steps to minimize production loss.
4.1 Diagnostic rapide
Follow this 3-step process to confirm cold material and identify the root cause:
- Inspection visuelle: Check for rough, dull patches or flow lines—tap the area with a small hammer: a dull sound indicates internal cold material (contre. a clear ring for normal metal).
- Microscopic Check: Take a small sample from the defective area and polish it—if unmelted particles or layered structures are visible under 100x magnification, it’s confirmed cold material.
- Parameter Review: Check recent data logs:
- Did molten metal temperature drop below the process range?
- Was injection speed slower than usual?
- Did mold temperature in the defect area fall below the target?
4.2 Contre-mesures d'urgence
If cold material is detected, take these immediate actions to restore production:
- Temperature Adjustment: Increase molten metal temperature by 10-15° C (Par exemple, from 680°C to 695°C for ADC12)—test 10-20 samples to verify improvement.
- Chamber Cleaning: Stop production and clean the pressure chamber with a steel brush to remove residual cold material—preheat the chamber to 200°C before restarting.
- Parameter Tweak: Increase injection speed by 0.5-1 MS (within the safe range) to reduce filling time—avoid exceeding 8 MS (which causes turbulence).
- Mold Touch-Up: Apply a small amount of high-temperature release agent (à base de graphite) to cold mold zones—this temporarily reduces heat loss until full mold maintenance is possible.
5. Le point de vue de Yigu Technology sur les matériaux de moulage sous pression à froid
À la technologie Yigu, we believe cold material is not just a “production defect” Mais un “system warning”—it signals failures in temperature control, conception de moisissure, or process management. Many manufacturers only treat the symptom (Par exemple, increasing metal temperature) without addressing the root cause (Par exemple, a faulty holding furnace), leading to recurring defects.
Nous recommandons un data-driven prevention strategy: Install IoT sensors to monitor temperature, vitesse d'injection, and mold condition in real time—build a “cold material risk model” that predicts defects 1-2 hours in advance. Par exemple, our system alerts operators if mold temperature in a deep cavity drops by 15°C, allowing adjustment before defects form.
We also advocate DFM (Conception de la fabrication) reviews: Our engineers work with clients to optimize casting design (Par exemple, thickening thin-walled areas near cold spots) and mold structure (Par exemple, adding buffer grooves) before production—this cuts cold material defects by 60-70% in the first batch. By combining real-time monitoring with proactive design, cold material can be controlled to a rate of <2%.
6. FAQ: Questions courantes sur les matériaux de moulage sous pression à froid
T1: Les défauts de matériaux froids peuvent-ils être réparés, ou faut-il mettre le moulage au rebut?
Minor cold material (surface-only, no internal voids) can be repaired via argon arc welding (use matching alloy filler, current 80-100A) followed by grinding to restore surface smoothness. Cependant, castings with internal cold material (rétrécissement, pores) or cold material in load-bearing areas should be scrapped—repairs cannot restore structural integrity, and these parts may fail under stress.
T2: Comment distinguer un matériau froid d'autres défauts similaires comme les fermetures à froid?
Cold material and cold shuts both involve premature cooling, but they differ in three key ways: 1. Emplacement: Cold material forms in thin-walled/far-from-gate areas; cold shuts form at the meeting point of two metal flows. 2. Structure: Cold material has unmelted particles or layers; cold shuts have a clear “couture” with no particles. 3. Impact: Cold material causes internal weakness; cold shuts mainly affect surface appearance (if no internal separation).
T3: Le matériau froid affecte-t-il les propriétés mécaniques de la pièce moulée?
Yes—cold material significantly reduces mechanical performance. Par exemple, an aluminum ADC12 casting with cold material has: 1. Résistance à la traction reduced by 20-30% (from 310MPa to 220MPa). 2. Élongation dropped by 50% (depuis 3% à 1.5%). 3. Vie de fatigue shortened by 60-70% (fails after 50,000 cycles vs. 150,000 cycles for normal castings). This makes cold material parts unsuitable for critical applications like automotive engine components or aerospace brackets.