Cloisons froides moulées sous pression (également connu sous le nom de fermetures à froid) sont un défaut de surface répandu et dommageable qui affecte les processus de formage des métaux. Ils se produisent lorsque deux flux ou plus de métal en fusion se rencontrent dans la cavité du moule mais ne parviennent pas à fusionner complètement en raison d'un refroidissement excessif., laissant des coutures visibles ou même des fissures cachées. Ce défaut non seulement gâche l'apparence des pièces moulées, mais affaiblit également considérablement leur résistance mécanique, pour les composants critiques comme les étriers de frein automobiles ou les valves hydrauliques., les cloisons froides peuvent conduire à une défaillance catastrophique, rappels de produits, et des pertes financières importantes. Cet article explore systématiquement la nature des cloisons froides moulées sous pression, leurs causes profondes, et un cadre de solution complet pour aider les fabricants à éliminer ce problème et à améliorer la qualité de la production.
1. Comprendre les cloisons froides moulées sous pression: Définition, Caractéristiques, et risques
Avant d'aborder le problème, il est essentiel de définir clairement ce que sont les cloisons froides moulées sous pression et de reconnaître leurs impacts potentiels. 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
Les cloisons froides moulées sous pression font référence à un défaut où le métal en fusion, pendant le processus de remplissage, se divise en plusieurs flux qui refroidissent excessivement avant de fusionner dans la cavité du moule. Les flux de métal refroidis perdent leur fluidité et ne parviennent pas à former une liaison homogène, résultant en une ligne de séparation distincte (couture) sur la surface de coulée. Contrairement aux petites rayures de surface, les cloisons froides ne sont pas seulement des défauts esthétiques : elles s’étendent souvent à l’intérieur du moulage, créer des plans faibles qui compromettent l'intégrité structurelle.
1.2 Caractéristiques clés
Vous pouvez identifier les cloisons froides moulées sous pression grâce aux caractéristiques distinctes suivantes, à la fois visuel et structurel:
| Catégorie de caractéristique | Caractéristiques spécifiques | Méthode de détection |
| Caractéristiques des surfaces | – Irrégulier, coutures linéaires (souvent courbé ou zigzagé) avec lisse, bords arrondis- Terne, aspect mat le long de la couture (pas d'éclat métallique)- Dépressions ou rainures localisées adjacentes à la couture | Inspection à l’oeil nu (après le nettoyage des surfaces) ou objectif grossissant 10x; la couture se distingue facilement du métal environnant |
| Caractéristiques structurelles | – Fusion incomplète entre les flux métalliques (espace visible sous examen microscopique)- Pores concentrés ou vides de retrait près de la ligne de séparation- Densité du matériau réduite le long de la couture (par rapport aux zones de coulée normales) | Analyse métallographique (coupe d'échantillons et gravure avec 5% acide nitrique); détection de défauts par ultrasons pour identifier les extensions internes de la cloison |
1.3 Risques potentiels
La présence de cloisons froides présente des risques importants tant pour les performances de la coulée que pour les opérations du fabricant.:
- Dégradation des performances mécaniques: Les cloisons froides agissent comme des points de concentration des contraintes. La résistance à la traction le long de la ligne de séparation peut diminuer de 25-40%, et la durée de vie en fatigue peut être raccourcie par 50-70%. Par exemple, un support de suspension automobile en alliage d'aluminium avec une cloison froide peut se fissurer sous des charges de conduite normales, entraînant des risques pour la sécurité.
- Défaillance fonctionnelle: Pour composants sous pression (Par exemple, cylindres hydrauliques, injecteurs de carburant), les cloisons froides peuvent provoquer des fuites. La fusion incomplète crée de minuscules canaux qui permettent aux fluides ou aux gaz de s'échapper, rendant le composant incapable de maintenir la pression requise.
- Pertes de production: Les pièces moulées avec cloisons froides nécessitent souvent une reprise ou une mise au rebut. En production de masse, même un 5% le taux de défauts peut augmenter les coûts de production de 15-20% à cause du gaspillage de matériaux, reprise du travail, et livraison retardée.
- Dommage à la réputation: Si les défauts des cloisons froides arrivent sur le marché, ils peuvent conduire à des rappels de produits. Un seul rappel de 10,000 les pièces défectueuses peuvent coûter des millions de dollars à un fabricant en coûts de remplacement, frais juridiques, et perte de confiance des clients.
2. Causes profondes des cloisons froides moulées sous pression: Une analyse complète
Les cloisons froides moulées sous pression ne sont pas causées par un seul facteur mais par une combinaison de défaillances dans le contrôle de la température., conception de moisissure, paramètres de processus, et sélection des matériaux. Le tableau ci-dessous utilise un facteur-cause-mécanisme structure pour identifier la source du problème, avec des exemples concrets pour référence pratique.
| Catégorie de cause | Échecs spécifiques | Mécanisme de formation de défauts | Exemple du monde réel |
| Problèmes de contrôle de la température | 1. Faible température de coulée du métal en fusion (en dessous de la température du liquidus de l’alliage)2. Préchauffage insuffisant du moule (température du moule inférieure à la plage recommandée)3. Perte de chaleur excessive dans le système de canaux (long, coureurs non isolés) | 1. Le métal fondu à basse température a une viscosité élevée et perd rapidement sa fluidité, ne parvient pas à fusionner lorsque les flux se rencontrent.2. Un moule froid absorbe la chaleur du métal en fusion, provoquant un refroidissement rapide des surfaces du flux métallique.3. Long, les glissières non isolées permettent au métal en fusion de refroidir avant d'atteindre la cavité, ce qui entraîne des fronts de courants froids. | Une installation de coulée d'alliage d'aluminium ADC12 fixe la température de coulée à 650°C. (10°C en dessous de la température du liquidus de l'ADC12). Les défauts de cloison froide ont augmenté de 2% à 15% dans une semaine, et les pièces moulées défectueuses ont échoué aux tests de traction. |
| Moule & Défauts de conception du système de contrôle | 1. Disposition des coureurs déraisonnable (virages serrés, changements transversaux soudains)2. Improper inner gate placement (leading to chaotic metal flow and stream splitting)3. Inadequate exhaust (trapped gas prevents metal stream fusion) | 1. Sharp bends and sudden cross-sectional changes disrupt the molten metal flow, splitting it into multiple streams that cool independently.2. Poorly placed inner gates cause the metal to flow in conflicting directions, resulting in non-simultaneous filling and stream cooling.3. Trapped gas creates a barrier between metal streams, preventing them from merging even if they are still hot enough. | A zinc alloy toy manufacturer used a mold with a 90° sharp bend in the main runner. Cold partitions formed at the bend in 30% of castings. Redesigning the runner with a 15mm radius and adding an auxiliary gate reduced defects to 1.5%. |
| Incohérences des paramètres de processus | 1. Vitesse d'injection lente (prolonging filling time and heat loss)2. Insufficient injection pressure (failing to push metal streams together for fusion)3. Excessive release agent application (creating a cooling barrier between metal streams) | 1. Slow injection extends the time the molten metal is in contact with the cold mold and runner walls, leading to excessive cooling of the stream fronts.2. Low injection pressure cannot overcome the resistance between cooled metal streams, preventing complete fusion.3. Un film épais d'agent de démoulage agit comme un isolant, reducing heat transfer between merging metal streams and inhibiting fusion. | An automotive parts supplier used an injection speed of 1.8 m/s for a 2mm-thick aluminum dashboard bracket. Cold partitions appeared in 22% of castings. Increasing the injection speed to 4.2 m/s and reducing release agent usage by 30% eliminated the defect. |
| Propriétés des matériaux & Gestion | 1. Poor alloy fluidity (Par exemple, low silicon content in aluminum alloys)2. Contaminated raw materials (mixed with oxides, impuretés, or moisture)3. Improper return material ratio (high proportion of cold, oxidized return material) | 1. Alloys with low fluidity cool quickly and lose the ability to fuse, even if streams meet shortly after splitting.2. Oxides and impurities in the molten metal act as barriers between merging streams, preventing homogeneous bonding.3. A high proportion of cold return material lowers the overall temperature of the molten metal, increasing the risk of stream cooling before fusion. | A magnesium alloy casting plant mixed 40% unscreened return material (with oxide scales) into new ingots. Cold partition defects rose by 18%. Reducing the return material ratio to 20% and adding a 50μm ceramic filter cut defects to 3%. |
3. Prévention systématique & Stratégies de solution pour les cloisons froides moulées sous pression
Eliminating die casting cold partitions requires a “full-process, multi-dimensional” approach that addresses temperature control, conception de moisissure, Optimisation du processus, et gestion du matériel. Cette section utilise un step-by-step framework with actionable measures and measurable targets.
3.1 Étape 1: Optimiser le contrôle de la température tout au long du processus de production
Temperature is the primary factor influencing molten metal fluidity and fusion. Stabilizing temperatures at all stages is critical to preventing cold partitions:
- Molten Metal Temperature Management:
- Set the pouring temperature 10-20°C above the alloy’s liquidus temperature (Par exemple, 680-700°C for ADC12 aluminum alloy, 450-470°C for ZAMAK 5 alliage de zinc).
- Utiliser un double-furnace system: The main furnace (higher temperature) ensures complete melting, and the holding furnace (contrôle précis de la température) maintains the molten metal at the optimal pouring temperature. Install online infrared thermometers (précision ±2°C) to monitor temperature in real time and trigger alarms if deviations exceed 5°C.
- Préchauffage du moule & Temperature Maintenance:
- Preheat the mold to the recommended temperature range: 180-250°C for aluminum alloys, 120-180°C for zinc alloys, and 220-280°C for magnesium alloys. Use mold temperature controllers with zone-specific heating to ensure uniform temperature distribution (écart ≤±10°C).
- For large molds or complex cavities, install additional heating elements in cold spots (Par exemple, Cavités profondes, sections à parois minces) to prevent localized cooling of the molten metal.
- Runner & Gate Temperature Insulation:
- Insulate the runner system with ceramic sleeves (thermal conductivity ≤0.5 W/m·K) to reduce heat loss. For long runners (length >300mm), add electric heating tapes to maintain the runner temperature at 50-80°C below the molten metal pouring temperature.
3.2 Étape 2: Refonte du moule & Système de déclenchement pour un flux de métal fluide
A well-designed mold and gating system ensures that molten metal flows uniformly, avoiding stream splitting and cooling. Les principales améliorations incluent:
- Runner System Optimization:
- Utiliser streamlined runner designs with gradual cross-sectional transitions (angle de conicité 1-3°) and large-radius bends (rayon ≥10mm) to prevent flow disruption. The cross-sectional area of the runner should decrease gradually from the main runner to the inner gate (rapport de réduction 1:0.8) to maintain consistent flow velocity.
- For complex castings with multiple cavities, adopt a balanced runner layout to ensure that molten metal reaches each cavity simultaneously. Use CAE simulation software (Par exemple, MAGMA, ToutCasting) to verify flow uniformity and adjust the runner size accordingly.
- Inner Gate Design & Placement:
- Position inner gates to ensure that molten metal fills the cavity in a single, continuous stream. Avoid placing gates opposite each other (which causes conflicting flows) or at the end of long, narrow sections (which increases flow resistance and cooling).
- Optimize the inner gate dimensions: The gate width should be 3-5 times the gate thickness, and the gate length should be as short as possible (≤5 mm) pour minimiser les pertes de chaleur. For thin-walled castings (<2MM), use fan-shaped inner gates to distribute the molten metal evenly.
- Exhaust System Enhancement:
- Ajouter serpentine exhaust grooves (profondeur 0,1-0,15 mm, width 5-8mm) at the last-filling positions of the cavity to remove trapped gas. The total cross-sectional area of the exhaust system should be at least 1/3 of the inner gate cross-sectional area to ensure effective gas evacuation.
- For deep-cavity or complex castings, utiliser vacuum exhaust technology (vacuum degree >90kPa) to eliminate gas barriers between metal streams and promote fusion.
3.3 Étape 3: Ajuster les paramètres du processus pour promouvoir la fusion des métaux
Optimizing injection parameters ensures that molten metal streams merge before cooling excessively. Focus on the following adjustments:
| Paramètre de processus | Mesures d'optimisation | Valeur cible (for Aluminum Alloy ADC12) |
| Vitesse d'injection | Adopter un “two-stage speed profile”:1. Initial slow speed (1-2 MS) to fill the runner and avoid splashing.2. Fast speed (4-6 MS) to fill the cavity quickly and reduce heat loss. | Total filling time ≤2 seconds for castings with a maximum dimension of 200mm |
| Pression d'injection | Set the specific pressure to 80-120MPa to ensure that molten metal streams are pressed together for fusion. Increase pressure by 10-15% for complex castings with multiple flow paths. | Pressure should be maintained until the metal at the inner gate solidifies (temps de maintien: 5-10 secondes) |
| Demande d'agent de démoulage | Use a low-volatile, high-temperature resistant release agent (Par exemple, à base de graphite) and apply it in a thin, uniform film (épaisseur 5-10μm) using an automatic spray system. Avoid over-spraying. | The release agent should cover the mold cavity completely but not form visible droplets or thick layers |
3.4 Étape 4: Contrôle strict des matériaux & Gestion
High-quality molten metal with good fluidity is essential to preventing cold partitions. Implement the following material control measures:
- Alloy Composition Optimization:
- Select alloys with good fluidity for die casting: Pour les alliages en aluminium, ensure silicon content is 11-13% (ADC12) ou 7-9% (A380); pour alliages de zinc, use ZAMAK 5 (avec 4% aluminium) pour un meilleur flux. Add trace elements (Par exemple, 0.1-0.2% rare earth elements for aluminum) to improve fluidity by 15-20%.
- Conduire spectral analysis for each batch of raw materials to verify alloy composition. Reject batches with deviations exceeding ±0.5% from the standard.
- Matière première & Return Material Management:
- Use clean, dry raw materials. Store ingots in a dry environment (relative humidity ≤60%) and preheat them to 120-150°C before melting to remove moisture.
- Screen return material with a 1mm mesh sieve to remove oxide scales, impuretés, and cold metal fragments. Limit the return material ratio to ≤30% (mixed with 70% new ingots) to maintain molten metal quality and temperature.
- Molten Metal Refining:
- Refine the molten metal using argon rotary degassing (15-20 minutes, argon flow rate 2-3L/min) to remove hydrogen and oxides. Use a ceramic filter (50-80μm pore size) to filter the molten metal before pouring to eliminate solid impurities.
4. Diagnostic sur site & Traitement d’urgence des cloisons froides
Even with preventive measures, cold partitions may occasionally occur. Cette section fournit quick-response steps to minimize production losses and restore normal operations.
4.1 Diagnostic rapide
Follow this 3-step process to confirm the presence of cold partitions and identify the root cause:
- Inspection visuelle: Check the casting surface for linear seams with dull edges. Use a small hammer to tap the area around the seam— a dull, hollow sound indicates a cold partition (compared to a clear, resonant sound for normal metal).
- Microscopic Verification: Take a small sample from the suspected area, polish it, and etch it with 5% acide nitrique. Under a 100x microscope, a cold partition will appear as a distinct gap or incomplete fusion line between metal grains.
- Paramètre & Process Review: Analyze recent production data to identify potential deviations:
- Did the molten metal temperature drop below the set range?
- Was the injection speed or pressure lower than normal?
- Did the mold temperature in the defect area fall below the target?
- Was there a change in the raw material batch or return material ratio?
4.2 Contre-mesures d'urgence
If cold partitions are detected, take the following immediate actions to resolve the issue:
- Temperature Adjustment: Increase the molten metal pouring temperature by 10-15°C (within the safe range) and raise the mold preheating temperature by 20-30°C. Test 10-20 samples to verify if the cold partitions are eliminated.
- Process Parameter Tweak: Increase the injection speed by 0.5-1 MS (up to the maximum safe speed for the mold) and raise the injection pressure by 10-15% to enhance metal stream fusion. Reduce the release agent application amount by 20-30% to avoid cooling barriers.
- Moule & Runner Maintenance: Clean the runner system and mold cavity to remove residual oxide scales or cold metal fragments. For molds with sharp bends or poor exhaust, temporarily add auxiliary exhaust holes (0.5-1diamètre mm) at the last-filling positions to improve gas evacuation.
- Material Adjustment: If the return material ratio is high, reduce it to 20% and add new ingots to improve molten metal fluidity. If the alloy composition is off-spec, adjust it by adding the necessary elements (Par exemple, silicon for aluminum alloys) to restore fluidity.
5. Le point de vue de Yigu Technology sur les cloisons froides moulées sous pression
À la technologie Yigu, we believe that die casting cold partitions are not just a production defect but a reflection of systemic issues in the manufacturing process. Many manufacturers focus solely on treating the symptoms (Par exemple, increasing pouring temperature) without addressing the root causes (Par exemple, flawed mold design or inconsistent material quality), leading to recurring defects and wasted resources.