Comment choisir les matériaux d’outillage et de moules ?

L’outillage est l’épine dorsale de toute opération de moulage ou de moulage sous pression de précision. Que vous produisiez des millions de pièces moulées sous pression ou des prototypes en faible volume, le choix des matériaux d’outillage et de matrice influence directement la qualité de production, la durée de vie de l’outil, les temps de cycle et la rentabilité. Chez Neway, nos services de fabrication d’outillages et de matrices sont conçus pour s’adapter à votre volume de production, au matériau de coulée et à vos exigences de performance.

Ce guide présente les facteurs clés qui influencent la sélection des aciers à outils et des matériaux de matrice spécialisés, notamment la stabilité thermique, la résistance à l’usure, la ténacité, l’usinabilité et la durée de service en conditions réelles de fabrication.

Pourquoi le choix des matériaux d’outillage et de matrice est important

Les matériaux d’outillage et de matrice doivent supporter des contraintes mécaniques, des températures élevées et des attaques chimiques pendant leur durée d’utilisation. Un mauvais choix peut entraîner des fissures, une usure excessive, une instabilité dimensionnelle et un mauvais état de surface des composants moulés. Un choix de matériau approprié garantit :

• Une constance dimensionnelle pour des pièces à tolérances serrées

• Une durée de vie d’outil prolongée (100 000+ cycles en moulage sous pression de l’aluminium haute pression)

• La réduction des reprises, des arrêts et du coût par pièce

• Une productivité et une répétabilité améliorées

Exigences clés de performance pour les matériaux d’outillage et de matrice

Résistance à la fatigue thermique

En moulage sous pression, du métal en fusion—aluminium (~660°C), zinc (~420°C) ou cuivre (~1085°C)—est injecté de façon répétée dans des moules en acier. L’outillage doit résister au faïençage thermique (heat checking), au choc thermique et à l’oxydation. Par exemple, des outils hautes performances doivent conserver leur intégrité structurelle sur plus de 100 000 cycles d’injection pour l’aluminium, et au moins 10 000 cycles pour le laiton ou le bronze.

Résistance à l’usure et dureté

Les aciers à outils doivent présenter une dureté Rockwell de 44–52 HRC (traités thermiquement) pour le moulage sous pression de l’aluminium, ou jusqu’à 60 HRC pour les matrices d’emboutissage à froid. Cela garantit une durabilité face à l’usure érosive, à la cavitation et à l’écoulement du métal en fusion.

Résistance aux chocs (ténacité)

La ténacité protège contre l’ébréchure et la fissuration lors des cycles thermiques et des impacts mécaniques. Pour les inserts de matrice, des valeurs Charpy V (entaille en V) supérieures à 20 J sont souvent souhaitables, en particulier pour les moules à géométries complexes.

Usinabilité et aptitude au polissage

Les cavités d’outillage de précision doivent être usinées CNC et polies à des tolérances serrées (±0,01 mm) et à des états de surface fins (Ra < 0,4 µm pour les pièces esthétiques). Les matériaux offrant une bonne usinabilité réduisent les délais de fabrication de l’outil et améliorent la cohérence de surface.

Stabilité dimensionnelle

Après traitement thermique, des matériaux à faible distorsion sont essentiels pour maintenir la précision des cavités complexes. Un retrait volumique inférieur à 0,3% après durcissement est généralement acceptable pour l’outillage de matrice de précision.

Aperçu des matériaux courants d’outillage et de matrice

Neway propose une large gamme de matériaux d’outillage adaptés à différents volumes de fabrication, alliages de moulage et conditions d’exploitation.

Acier à outils H13

• Durci à : 44–52 HRC

• Température de service : jusqu’à 600°C

• Conductivité thermique : ~24 W/m·K

• Énergie d’impact Charpy : ~22–26 J

• Applications : moulage sous pression de l’aluminium, moulage sous pression du zinc, moulage par injection plastique

Le H13 est l’acier à outils pour travail à chaud le plus utilisé grâce à son excellent équilibre entre résistance, ténacité et tenue à chaud. C’est la référence industrielle pour les moules de moulage sous pression de l’aluminium et du zinc.

Acier à outils P20

• Pré-durci à : 28–32 HRC

• Excellente usinabilité et aptitude au polissage

• Utilisé pour : moules prototypes, coulée sous vide (urethane casting), outillages de courte série

• Température de service : inférieure à 400°C

Le P20 est une solution économique pour des matrices et moules de dureté moyenne lorsque la dureté maximale et la résistance thermique ne sont pas indispensables.

Acier à outils D2

• Durci à : 58–62 HRC

• Forte teneur en chrome (~12%) pour la résistance à l’usure

• Faible résistance à la fatigue thermique et faible ténacité

• Idéal pour : outillages de travail à froid, découpe/poinçonnage et matrices d’ébavurage (trim dies) pour tôles fines

Le D2 est parfait pour les applications à forte abrasion, mais inadapté aux outillages de moulage à haute température ou soumis à des cycles thermiques.

Acier à outils A2

• Durci à : 56–60 HRC

• Bonne stabilité dimensionnelle et usinabilité

• Résistance aux chocs modérée

• Utilisé pour : matrices polyvalentes, outils de formage et inserts

L’A2 constitue un compromis entre résistance à l’usure et ténacité pour des applications à plus basse température.

Cuivre au béryllium (BeCu)

• Dureté : 35–45 HRC

• Conductivité thermique : jusqu’à 110 W/m·K

• Excellente aptitude au polissage et résistance à la corrosion

• Utilisé pour : broches de noyau, tiroirs (slides) et inserts en injection plastique ou moulage du zinc

Le BeCu est idéal pour les zones nécessitant une dissipation rapide de la chaleur ou des états de surface très fins, en particulier lorsque l’efficacité de refroidissement est critique.

Acier à outils S7

• Durci à : 54–56 HRC

• Résistance aux chocs exceptionnelle

• Ténacité sans fragilité excessive

• Applications : matrices d’ébavurage (trim dies), outillages d’emboutissage, matrices soumises à des impacts importants

Le S7 est utilisé pour des outillages confrontés davantage à des chocs et contraintes mécaniques répétées qu’à des cycles thermiques.

Carbure de tungstène

• Dureté : >80 HRC

• Haute résistance en compression et résistance à l’usure

• Faible ténacité ; fragile sous choc

• Utilisé pour : inserts à très forte usure, matrices d’ébavurage, outils de cisaillement longue durée

Le carbure est recommandé pour des environnements à usure extrême et des opérations d’ébavurage/rognage en très longue série.

Inconel 718

• Superalliage à base de nickel

• Résistance à la traction : jusqu’à 1240 MPa à 700°C

• Excellente résistance au fluage et à l’oxydation

• Utilisé pour : moulage sous pression d’alliages cuivreux, inserts de noyau thermiques

L’Inconel est nécessaire pour les matrices à canaux chauds et les applications cuivre/laiton à haute température où les aciers traditionnels échouent prématurément.

Comment choisir le bon matériau d’outillage

Les critères suivants peuvent guider la sélection des matériaux pour la conception de matrices et de moules :

L’équipe d’ingénierie Neway analysera la température de cycle, la dilatation thermique, la géométrie de la pièce et la durée de vie prévue afin de sélectionner ou recommander le matériau d’outillage et de matrice le plus approprié pour votre projet.

Outillage et production intégrés chez Neway

Neway fournit des solutions complètes d’outillage, du concept à la production :

• Consultation de conception avec DFM et simulation d’écoulement (mold flow)

• Usinage CNC et EDM avec une précision de ±0,01 mm

• Traitement thermique et polissage

• Intégration de l’outillage aux procédés de moulage, incluant le post-usinage et les finitions

• Assemblage et services de remise en état d’outils pour une réutilisation multi-projets

Que votre projet nécessite une production en faible volume ou une production de masse, nos systèmes d’outillage sont conçus pour la fiabilité, la précision et la maîtrise des coûts.

Conclusion

Choisir le bon matériau d’outillage et de matrice est fondamental pour une fabrication réussie, efficace et durable. En alignant le matériau d’outillage avec l’alliage moulé, la température de cycle, la durée de vie de l’outil et la géométrie de la pièce, vous pouvez réduire significativement les risques et les coûts de production. Grâce à une solide expertise en aciers à outils et en fabrication de matrices, Neway vous aide à rationaliser la fabrication, de la conception jusqu’à la production à grande échelle.

Pour des conseils d’expert ou un devis sur des solutions d’outillage, contactez Neway dès aujourd’hui.

FAQs

1. Quel est le meilleur acier à outils pour les moules de moulage sous pression de l’aluminium ?

2. Quand choisir le P20 plutôt que le H13 pour les outillages de moulage ?

3. Le cuivre au béryllium peut-il être utilisé pour des inserts en grande série ?

4. Comment la dureté de l’acier à outils affecte-t-elle la durée de vie d’une matrice ?

5. Quels matériaux fonctionnent le mieux pour le moulage sous pression du cuivre et du laiton ?