Boîtier en aluminium moulé sous pression à ailettes ondulées du projet PR91

Couvercle de dissipateur thermique fonctionnel pour commande de mouvement industrielle

Cette étude de cas présente un boîtier en aluminium moulé sous pression avec dissipateur thermique à ailettes ondulées intégré , développé pour les équipements de contrôle de mouvement industriels fonctionnant dans des environnements difficiles.

Type de projet

Moulage sous pression + ingénierie DFM + simulation de moulage + opérations secondaires CNC

Application

Équipements de commande de mouvement industriel – environnement difficile (brouillard d'huile, poussière, stabilité thermique à long terme)

Matériel

Alliage d'aluminium ADC12

Dimensions et poids des pièces

242,5 × 150,5 × 42,6 mm ~ 1,18 kg

1. Contexte du projet

Ce projet est né d'une exigence qui paraît simple sur le papier, mais qui est difficile à mettre en œuvre correctement en réalité :

Le client avait besoin d'un boîtier en aluminium faisant également office de dissipateur thermique , destiné à des systèmes de contrôle de mouvement industriels de précision. La stabilité thermique, la rigidité, l'étanchéité et la fiabilité à long terme étaient des critères non négociables.

Parallèlement, la pièce devait aller au-delà d'un aspect purement industriel. Sa surface extérieure devait être visuellement distinctive , propre et reconnaissable – et non pas simplement « une autre boîte en aluminium ».

Le résultat fut une géométrie de dissipateur thermique à ailettes ondulées : une surface à la fois fonctionnelle (dissipation de chaleur) et esthétique (signature du produit).

2. Exigences du client (Résumé)

• Boîtier en aluminium moulé sous pression avec ailettes de refroidissement intégrées

• Rendement thermique et rigidité mécanique élevés

• Surfaces d'étanchéité parfaites (boîtier résistant à l'huile et à la poussière)

• Aucune déformation lors de l'assemblage

• Qualité cosmétique élevée sur les surfaces visibles

• Solution prête pour la production : conception → outillage → échantillons → production en série stable

3. Pourquoi il ne s'agissait pas d'une simple pièce moulée sous pression

Ce composant se situe à l'intersection de trois disciplines exigeantes :

1. Design industriel : esthétique inspirée des ailerons de vague, lignes épurées, identité visuelle forte.

2. Fonctions mécaniques et thermiques : dissipation de la chaleur, planéité, rigidité, fiabilité de l'étanchéité

3. Réalité du moulage sous pression : Comportement du métal en fusion, inclusions d’air, retrait, durée de vie des outils, résistance de l’acier

Si ces éléments ne sont pas conçus conjointement, les modes de défaillance typiques incluent :

• marques de retrait et ondulations de surface

• Porosité interne gazeuse (souvent visible seulement après finition)

• zones fragiles et acier mince dans le moule

• Défaillance d'étanchéité due à une planéité insuffisante

Dès le premier jour, l'objectif était clair : conserver la conception de l'aileron de vague, mais la concevoir de manière à ce qu'elle puisse être coulée de façon répétée, propre et prévisible.

Du point de vue de la fabrication, ce boîtier en aluminium moulé sous pression combine performance thermique, rigidité mécanique et précision d'étanchéité en un seul composant.

4. Conception pour la fabrication (DFM) et simulation de fonderie – Le cœur du projet

Avant la découpe de l'acier, le projet a fait l'objet d'une phase complète de simulation DFM + fonderie , axée sur :

• Comportement de remplissage à travers les ailerons de vague

• Séquence de solidification et détection des points chauds

• Zones à risque de piégeage d'air et de porosité

• Risques liés au tirant d'eau, à la stratégie d'éjection et à la durée de vie des outils

Principal défi : Épaisseur moyenne des parois d’environ 3,6 mm, avec des épaisseurs locales supérieures à 10 mm — une recette classique pour le retrait et la porosité si elle n’est pas maîtrisée.

Les résultats de la simulation n'ont pas été produits « à des fins de documentation ». Ils ont directement orienté les décisions de conception .

Une simulation de coulée poussée a été utilisée pour analyser l'écoulement du métal, l'emprisonnement d'air, le retrait et le comportement de solidification avant le démoulage.

5. Principaux risques techniques et solutions d'ingénierie

1) Piégeage de l'air et porosité aux gaz

La géométrie en forme d'aileron ondulé crée des fronts d'écoulement convergents complexes.

Risque : Air emprisonné → porosité interne → défauts visibles après finition ou zones filetées affaiblies.

Solution:

• Positionnement optimisé des vannes et des trop-pleins

• Stratégie de ventilation dédiée

• Réglage géométrique local (reliefs / ouvertures contrôlées si nécessaire)

2) Marques de retrait et transitions entre épaisseurs importantes et minces

Une masse locale importante se refroidit plus lentement et se contracte davantage.

Risques : Affaissement de surface, cavités internes, défaut d'aspect.

Solution:

• Identification des points chauds par simulation

• Réduction locale de la masse là où c'est possible

• Souligner la géométrie tout en préservant le langage stylistique des ailerons ondulés

3) Durée de vie de l'outil et robustesse du moule

Les ailerons esthétiques poussent souvent l'acier moulé à des limites dangereuses.

Risques : Acier fin, cassure, collage, usure excessive des outils.

Solution:

• Optimisation du tirage (objectif ~2° dans les zones critiques)

• Rayons stratégiques pour réduire les contraintes et l'érosion

• Ajustements de la longueur et de la géométrie des ailerons là où l'acier devenait trop fin.

4) Précision d'étanchéité (résistance à l'huile et à la poussière)

Le moulage sous pression à lui seul ne suffit pas à garantir des surfaces d'étanchéité fiables.

Solution:

• Les tolérances d'usinage ont été définies au début.

• Opérations secondaires CNC sur les zones critiques d'accouplement et d'étanchéité

• Stratégie de référencement et de serrage stable pour des résultats CNC reproductibles

6. Stratégie de contrôle et de gestion des flux

Plusieurs concepts de contrôle d'accès ont été évalués par simulation.

L'analyse des compromis a montré :

• Une option minimisait l'affaissement mais augmentait le risque de piégeage d'air.

• Une autre méthode a permis un remplissage plus propre, moins de défauts d'air et une meilleure qualité de surface.

Compte tenu des exigences du client en matière d'esthétique et de finition , le projet a priorisé :

• Remplissage stable et prévisible

• Air emprisonné minimal

• Qualité de surface supérieure après finition

Les zones à risque restantes ont été traitées par un ajustement géométrique , et non par l'acceptation de défauts.

7. Outillage et premiers échantillons

Après la convergence de la conception :

• L'outillage a été mis au point et fabriqué

• Des premiers échantillons ont été produits pour valider :

  • Flux de métal réel vs simulation

  • qualité de surface de la zone de l'aileron de vague

  • stabilité dimensionnelle

  • Faisabilité CNC pour les surfaces d'étanchéité

Cette phase a confirmé que la stratégie hybride de fonderie + CNC donne des résultats reproductibles.

8. Opérations secondaires CNC – La précision là où elle compte

Pour garantir l'intégrité de l'étanchéité :

• Le moulage sous pression crée la structure complexe

• L'usinage CNC garantit la planéité et la précision des interfaces critiques.

Cette approche est courante dans les boîtiers industriels haut de gamme où la performance prime sur la « perfection théorique de la pièce moulée ».

Les zones critiques d'étanchéité et d'accouplement ont été finies par usinage CNC du boîtier en aluminium moulé sous pression , assurant une résistance à long terme à l'huile et à la poussière.

9. Livrables finaux

Le client a reçu une solution prête pour la production :

• Conception finale de la pièce moulée sous pression conforme aux objectifs de design industriel

• Géométrie optimisée DFM validée par simulation

• Concept éprouvé de vannes et de ventilation

• Outillage fabriqué et premiers échantillons

• Post-traitement CNC défini pour une précision d'étanchéité

• Identification claire des zones critiques pour la qualité

10. Pourquoi cette affaire est importante

Ce projet est un parfait exemple d' ingénierie réalisée dans les règles de l'art .

Pas seulement un couvercle en métal, mais :

• un composant thermique

• une enceinte de protection

• une déclaration de design industriel

Rendu fabricable grâce à :

• discipline DFM

• décisions fondées sur la simulation

• Utilisation correcte des machines CNC là où la précision est non négociable

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