Quelles sont les étapes clés et les solutions pour le moulage sous pression de coques en aluminium?

Le moulage sous pression de la coque en aluminium est un processus fondamental dans la fabrication de produits légers, boîtiers durables pour l'électronique, composants automobiles, et équipements industriels. Contrairement aux pièces en aluminium massif, les coques en aluminium nécessitent un contrôle précis de l'épaisseur de la paroi, finition de surface, et l'intégrité structurelle : même de petits défauts comme la porosité ou la déformation peuvent rendre la coque inutilisable (Par exemple, compromettant l'étanchéité des boîtiers de téléphone ou la dissipation thermique des boîtiers de batterie EV). Cet article détaille le flux de travail complet du moulage sous pression de coques en aluminium, de la sélection des matériaux au post-traitement, and addresses common pain points with actionable solutions—drawing on cross-industry insights from 3D printing (Par exemple, prévention des défauts, contrôle de précision) to optimize results.

1. Material Selection for Aluminum Shells: Match Alloy to Shell Function

Choisir le bon alliage d'aluminium est essentiel : différentes coques (Par exemple, boîtiers de téléphone à paroi mince vs. coques de batterie automobile robustes) exigent des propriétés uniques comme la force, ductilité, ou résistance à la corrosion. Le tableau ci-dessous compare meilleurs alliages pour coques en aluminium, avec des conseils spécifiques à l'application:

Pour la pointe: For multi-functional shells (Par exemple, a phone case needing both thin walls and drop resistance), blend alloys—e.g., 80% ADC12 + 20% A380. Test 50+ prototypes to verify impact resistance (survive 1.5m drop tests onto concrete) and casting feasibility.

2. Mold Design for Aluminum Shells: Avoid Thin-Wall Defects

Aluminum shells often have complex features (Par exemple, côtes, snap-fit grooves) et des murs fins (0.8-2MM), making mold design a high-risk 环节. Ci-dessous sont Règles de conception critique organized by shell feature, with references to 3D printing’s precision control principles:

2.1 Épaisseur de paroi & Conception des côtes

• Épaisseur de paroi uniforme: Maintain a consistent thickness (± 0,1 mm) across the shell—thickness variations >0.3mm cause uneven cooling and shrinkage. Par exemple, une coque de téléphone de 1 mm d'épaisseur ne devrait pas avoir de bossage de 2 mm d'épaisseur (utiliser une transition progressive avec un rayon de 3 mm).
• Optimisation des côtes: Ajoutez des nervures pour renforcer les parois minces, mais suivez ces limites:
• Hauteur des nervures ≤ 5x épaisseur de paroi (Par exemple, 5Nervures de mm pour murs de 1 mm).
• Largeur des nervures = 0,6-0,8x épaisseur de paroi (évite l'accumulation de matière et les trous de retrait).
• Utiliser des coins de nervures arrondis (rayon ≥0,5 mm) pour réduire la concentration de contraintes, similaire à l'optimisation du support de l'impression 3D pour les porte-à-faux.

2.2 Runner & Gate System (Adapted from Die Casting Runner Expertise)

Les coques en aluminium nécessitent un système de glissières qui délivre le métal en fusion uniformément sans turbulence. (ce qui provoque la porosité). Paramètres de conception clés:

2.3 Circuit de refroidissement

• Refroidissement uniforme: Installez des canaux d'eau à 5-8 mm de la surface de la cavité du moule (plus proche que pour les pièces solides) pour assurer rapidement, Même refroidir. Par exemple, une coque de 100 mm × 50 mm a besoin 4 canaux d'eau (2 de chaque côté) espacés de 25 mm.
• Refroidissement localisé: Utiliser des inserts en cuivre (Haute conductivité thermique) pour les bossages épais ou les éléments complexes : réduit le temps de refroidissement de 30% et empêche le rétrécissement. Cela reflète l’impression 3D “contrôle local de la température” pour la prévention du gauchissement.

3. Contrôle des paramètres de processus: Ensure Shell Quality

Le moulage sous pression d'une coque en aluminium nécessite un contrôle des paramètres plus strict que celui des pièces solides : de petits écarts de température ou de vitesse provoquent des défauts tels que des fermetures à froid ou un sous-moulage.. Ci-dessous se trouve un guide des paramètres étape par étape avec des gammes spécifiques pour les coques à parois fines:

3.1 Pre-Injection Preparation

• Préchauffage du moule: Chauffer le moule à 200-230°C (10-20°C plus élevé que pour les pièces solides) pour empêcher le métal en fusion de se solidifier prématurément. Utiliser des capteurs de température (placé à 3 mm de la cavité) à surveiller : les fluctuations doivent rester à ± 5 °C.
• Traitement du métal en fusion:
• Dégazer le liquide d'aluminium avec de l'argon pour 10-15 minutes (reduces hydrogen content to <0.15ml/100g Al).
• Filter molten metal with a 50μm ceramic filter to remove oxide inclusions (critique pour les parois minces <1mm—even small inclusions cause cracks).

3.2 Injection & Pressurisation

• Vitesse d'injection: Utiliser un “two-stage” profil de vitesse:

1. Étape lente (1-2 MS): Fills the runner without splashing.
2. Fast stage (3-4 MS): Fills the thin shell cavity before solidification.

Avoid speeds >4.5 m/s—turbulence traps air, leading to surface pinholes.

• Pression d'injection: 80-120MPA (higher than solid parts) to ensure metal fills narrow gaps (Par exemple, 0.5mm snap-fit grooves).
• Temps de maintien: 5-8 secondes (shorter than solid parts)—prevents over-pressurization and mold damage, tout en assurant la solidification complète de la coque.

3.3 Refroidissement & Éjection

• Temps de refroidissement: 10-15 secondes (varie selon l'épaisseur de la paroi – ajouter 2 secondes pour chaque augmentation d'épaisseur de 0,2 mm). Pour une coque de 1 mm, 10 quelques secondes suffisent; une coque de 2 mm a besoin 18 secondes.
• Force d'éjection: Utiliser 8-12 épingles d'éjection (plus que des pièces solides) espacés uniformément sur la coque – empêche la déformation. Diamètre de l'éjecteur = 2-3x épaisseur de paroi (Par exemple, 2broches de mm pour murs de 1 mm).

4. Common Defects in Aluminum Shells: Causes et solutions

Même avec un contrôle strict, les coques en aluminium développent souvent des défauts en raison de leurs parois minces et de leurs formes complexes. Le tableau ci-dessous utilise un défaut-cause-solution structure, avec des informations sur la gestion des exceptions de l’impression 3D (Par exemple, Corrections de déformation):

5. Post-Treatment for Aluminum Shells: Atteindre la précision & Esthétique

Aluminum shells often require strict surface finish and dimensional accuracy—post-treatment is critical to meet end-user requirements (Par exemple, a phone shell needing a mirror finish). Ci-dessous sont key post-treatment steps, adapted from 3D printing’s polishing and coating processes:

5.1 Traitement de base

• Suppression de support: Use plastic tweezers (not metal tools) to remove runner and relief groove material—avoids scratching the shell surface. Pour les petites fonctionnalités (Par exemple, 0.5mm snap grooves), use a 0.3mm-diameter rotary tool with a rubber tip.
• Surface Polishing: Follow a 3-step sanding process (same as 3D printing resin parts):

1. 400# papier de verre: Remove ejector pin marks and burrs.
2. 800# papier de verre: Smooth surface scratches.
3. 1200# papier de verre: Prepare for coating (achieves Ra ≤ 0.8 µm).

• Nettoyage: Use ultrasonic cleaning (30kHz frequency, 5-minute cycle) to remove sanding debris. For resin-contaminated shells (Par exemple, from release agents), wipe with isopropyl alcohol (70% concentration).

5.2 Amélioration avancée des surfaces

• Anodisation: For corrosion-resistant shells (Par exemple, outdoor sensor enclosures), use hard anodizing (layer thickness 15-25μm)—meets MIL-A-8625 Type III standards, with salt spray resistance >2000 hours.
• Peinture / revêtement:
• Pour l'électronique grand public, apply a 2-3μm thick PTFE coating—provides a matte finish and anti-fingerprint properties.
• For conductive shells (Par exemple, EMI-shielded enclosures), use electroless nickel plating (5-8µm d'épaisseur)—achieves conductivity <10Ω/sq.
• Gravure laser: For branding or serial numbers, use fiber laser engraving (20W power, 500vitesse mm / s)—creates permanent marks without damaging the shell’s surface integrity.

5.3 Inspection de qualité

• Chèque dimensionnel: Use a CMM (Coordonner la machine à mesurer) Pour vérifier les dimensions clés (Par exemple, hauteur de la coque, snap-fit groove width) with tolerance ±0.1mm.
• Inspection de surface: Use a 10x magnification lens to check for pinholes or scratches—no defects larger than 0.1mm are allowed.
• Tests fonctionnels:
• Waterproof shells: Conduct IP67 testing (submerge in 1m water for 30 minutes—no leakage).
• Impact-resistant shells: Perform drop tests (1.5m onto concrete—no cracks or deformation).

6. Le point de vue de Yigu Technology sur le moulage sous pression de coques en aluminium

À la technologie Yigu, we believe aluminum shell die casting succeeds when “precision design meets flexible process control.” Many manufacturers focus only on mold or parameter optimization but ignore the link between shell design and post-treatment—for example, designing a 0.8mm-thin shell without considering anodizing’s thickness (which can reduce internal clearance).

Nous recommandons un DFM (Conception de la fabrication) first approach: Use CAE simulation (Par exemple, ToutCasting) to predict filling and cooling issues before mold production—this cuts prototype iterations by 40%. For thin-walled shells, nous préconisons également “hybrid process integration”: Combine die casting with 3D printing for small, caractéristiques complexes (Par exemple, 3D print a 0.5mm EMI shield and insert it into the die before casting).

Pour une production à volume élevé, we suggest automating post-treatment (Par exemple, robotic polishing lines) to ensure consistency—this reduces manual errors by 70% and improves surface finish uniformity. By treating the shell as a “système” (not just a part), manufacturers can achieve a yield rate of over 98% and meet the strictest industry standards.

7. FAQ: Questions courantes sur le moulage sous pression de coque en aluminium

T1: Puis-je utiliser l'impression 3D FDM pour prototyper des coques en aluminium avant le moulage sous pression?

Yes—FDM printing with ABS or PETG is ideal for early prototypes (Par exemple, verifying fit and ergonomics). Cependant, note that FDM prototypes cannot replicate die casting’s material properties (Par exemple, aluminum’s strength or heat resistance). Pour les tests fonctionnels, use vacuum casting (with aluminum-filled resin) to mimic die-cast aluminum’s density and rigidity.

T2: Comment réduire le coût du moulage sous pression de coques en aluminium pour la production en petites séries (<10,000 unités)?

Opter pour semi-permanent molds (aluminum molds instead of H13 steel)—costs 50-70% less than steel molds, même si la durée de vie est plus courte (5,000-10,000 coups de feu). Aussi, réutiliser le condensat du canal (séparé des coques défectueuses) et se mélanger avec 20% nouvel aluminium – réduit les coûts des matériaux de 15%.

T3: Quelle est l'épaisseur de paroi minimale pour le moulage sous pression d'une coque en aluminium, et comment y parvenir?

Le minimum pratique est 0.6MM (pour les petits coquillages <50MM de taille). Pour y parvenir: 1. Utilisez un alliage à haute fluidité comme l'ADC12. 2. Augmenter la température du moule à 230-240°C. 3. Utilisez une porte intérieure en forme d'éventail (largeur 5x épaisseur de paroi) et une vitesse d'injection de 4-4.5 MS. 4. Ajoutez une rainure en relief au niveau de la dernière zone de remplissage pour éviter le sous-coulage.