Les pièces de carrosserie fabriquées avec moule permanent sont en constante augmentation. Les constructeurs automobiles remplacent de nombreuses pièces en tôle par des pièces moulées. Pour le Carrossier, GF Casting Solutions a donné un aperçu de l'avenir de ces pièces.
Un modèle de voiture particulière toutes marques présentant de nombreuses pièces moulées accueille les visiteurs dans la salle d'exposition de GF Casting Solutions. L'entreprise suisse (voir encadré) est spécialisée, entre autres, dans les pièces légères pour véhicules automobiles. Elle développe et fournit des pièces moulées (dites: «sous haute pression») en aluminium et en magnésium, que l'on retrouve principalement dans les véhicules haut de gamme, que ce soit la structure de la carrosserie, des pièces annexes ou pour l'intérieur.
La disposition claire des pièces dans le modèle-type exposé montre les emplacements de montage possibles dans la voiture – une nécessité pour rendre visible les pièces moulées visibles, puisqu‘elles sont pratiquement «invisibles» dans le produit automobile fini: par exemple dans la structure de la carrosserie ou comme pièce portante ou d‘assemblage. Sur le modèle, on voit les supports de jambes de suspension en alu à l'avant et à l'arrière ainsi que la pièce d‘assemblage du bas de caisse au longeron arrière. Un boîtier de transmission et de batterie ainsi que des pièces structurelles de carrosserie telles qu'une porte arrière et les renforts du plancher central sont également fabriqués à l'aide du procédé de moule permanent en aluminium.
L'entreprise a développé les deux portes de la Porsche Panamera. Les intérieurs de la porte sont en alu et les cadres en magnésium moulé. De même la structure du hayon et les éléments de hayon en magnésium noir à revêtement cathodique (KTL) sur le toit arrière. Les pièces en magnésium (Mg) sont presque toujours recouverts d'un revêtement KTL pour les protéger de la corrosion, comme on voit sur le support de calandre, par exemple. Les éléments de structure du tunnel et les coques de siège à l'intérieur font ici exception.
Exigences pour les pièces
La chaîne de valeur chez GF Casting Solutions peut inclure, entre autres, le moulage (fabrication avec moule permanent), le traitement thermique, le fraisage CNC, la découpe laser et le revêtement KTL en option.
Il existe un alliage courant (AlSi10MnMg) doté de certaines propriétés pour le moulage structurel en aluminium. Le fournisseur GF Casting Solutions a également développé des alliages spéciaux pour des cas particuliers. Au cours du processus de fabrication, les propriétés spécifiques de la pièce peuvent être ajustées grâce à un traitement thermique ciblé, par exemple une optimisation en faveur de la résistance ou une ductilité accrue (capacité d'un matériau à se déformer plastiquement avant d‘atteindre le point de rupture). Le constructeur automobile et le lieu d'installation dans le véhicule déterminent laquelle des deux propriétés doit prédominer.
Par exemple, les chemins de charge de la carrosserie influencent la pièce moulée. En particulier dans le cas des supports de jambes de suspension, des hayons ou des structures de longerons, des charges élevées sont appliquées aux pièces, qui sont déjà calculées dans la conception du véhicule. En coopération avec le spécialiste du moulage GF Casting Solutions, le constructeur automobile développe et optimise ensuite le composant. Le développement de produits de GF Casting Solutions s'efforce de parvenir à une conception capable de refléter de manière optimale les cas de charge tout en exploitant le potentiel de construction légère du moulage.
La durée de vie requise des pièces peut être cartographiée à l’aide de configurations de tests statiques et dynamiques étendues et de cycles de tests spécifiés par les constructeurs OEM. En utilisant un cycle magnifié, il est possible de représenter en seulement trois semaines le vieillissement qui pourrait survenir dans un délai de dix ans en fonctionnement réel. De plus, les ingénieurs de test de GF Casting Solutions peuvent utiliser des microsections ou le microscope électronique à balayage pour comprendre si la défaillance d'une pièce est d'origine structurelle ou liée au processus.
Techniques d'assemblage
Quelles sont les techniques d'assemblage optimales pour une pièce moulée? -Selon l'ingénieur Julian Hossinger, de nombreux constructeurs ont leurs préférences spécifiques, en fonction des lignes d'assemblage. Pour les clients de GF Casting Solutions qui réalisent déjà des constructions en matériaux mixtes, le rivetage auto-poinçonneurs avec des rivets semi-tubulaires est le procédé le plus fréquemment utilisé, ce qui implique un assemblage sélectif des pièces moulés avec les autres pièces d'assemblage, par exemple une tôle d'acier de carrosserie. Selon les assemblages requis dans les lignes de production OEM, d'autres techniques d'assemblage mécanique (comme les vis FDS) ou les assemblages soudés viennent s‘y ajouter. Les capacités de résistance aux forces et de transmission des forces (charge ou cisaillement) des techniques d'assemblage sont toujours testées, dans divers cas de charge.
Diverses colles sont utilisés, que ce soit pour isoler les matériaux sujets à la corrosion de contact et/ou pour augmenter la résistance. La fixation des différentes pièces à l'aide de pièces d‘assemblage mécaniques est absolument nécessaire. Les colles utilisées dans la construction structurelle sont souvent thermodurcissables et atteignent leur résistance finale réelle dans le bain KTL – les composants doivent être fixés d'ici là afin d‘éviter tout déplacement.
Grâce à son savoir-faire, le fournisseur GF Casting Solutions conseille les constructeurs sur la conception adaptée au moulage de la géométrie des composants, de l'épaisseur du matériau et des structures de renfort. Lors de la simulation en CAO de la pièce, les points faibles ressortent, les problèmes de remplissage du moule peuvent être prédits ou les points de vissage supplémentaires intégrés. L'expérience de GF Casting Solutions en technologie de moule permanent permet aussi l’amincissement ou l’épaississement ciblé du matériau afin d'éviter les points faibles et de créer une solution de construction légère hautement fonctionnelle.
Michael Just, ingénieur GF Casting Solutions, explique à quoi peut ressembler un tel développement commun de composants sur l'exemple de la Porsche Panamera : «Les intérieurs des portes et les cadres de fenêtres sont des composants moulés en alu et en magnésium, matériaux ayant tendance à provoquer une corrosion quand ils sont en contact direct. De plus, les influences météo provoquées par l'eau et les températures de -40 à +50 ° C sont ici très élevées à l'extérieur. Le mouvement des composants les uns par rapport aux autres devait également être pris en compte. Une attention particulière a donc été accordée à la technique d‘assemblage entre le cadre de la fenêtre et l’intérieur de la porte, soutenue par des éléments d'étanchéité actifs. Toutes les spécifications OEM avec leurs tolérances dans la production de composants sont respectées. La prévention de la corrosion toute la durée de vie a également été obtenue.
La traverse d'instruments du véhicule est une pièce couramment moulée magnésium que GF Casting Solutions produit depuis longtemps. Sa forme complexe résulte des exigences de résistance définie entre les deux montants A et le support du tunnel ainsi que les supports de la colonne de direction, du chauffage et de la boîte à gants. De plus, certains faisceaux de câbles et conduits de ventilation doivent être logés et sécurisés dans ce composant dense. Les ingénieurs révèlent qu'un tel porte-instruments est extrêmement exigeant dans sa conception et sa production. Son épaisseur de paroi peut varier entre deux et sept millimètres, GF Casting Solutions choisissant toujours la condition optimale entre résistance et construction légère.
Les pièces de carrosserie du futur
Bulk Head : avec ce projet de développement de GF Casting Solutions, le prototype montre de nouvelles possibilités en matière de moulage sous pression. Avec ses dimensions de 700 × 1 700 × 900 mm et ses 35,2 kg, la grande pièce moulée montre les options de conception pouvant être créées pour intégrer des solutions de moule permanent en carrosserie. Le support de calandre relie, à l'intérieur, les montants A droite et gauche, formant ainsi une traverse de renfort supérieure et inférieure tout en permettant de le fixer à la carrosserie. Ainsi, par exemple, les supports de jambes de suspension, les profilés des longerons et le cadre du toit au-dessus du montant A pourraient être facilement assemblés au profil extrudé par rivetage ou par soudage.
Le défi n’était pas la taille des composants, mais l’idée d’un nouveau composant de carrosserie pour véhicule électrique. La grande traverse supérieure avec sa section transversale élevée permet d'obtenir une bonne absorption et/ou transmission d'énergie en cas de collision frontale. A contrario, des renforts de carrosserie très résistants et formés à chaud devraient être utilisés pour renforcer la résistance autour du moteur électrique à l'avant. L'étude Bulk Head est également plus légère d'environ 4 kg et peut remplacer jusqu'à 30 pièces en tôle d'acier. «Le fournisseur GF Casting Solutions souhaite non seulement créer une offre pour un composant après une demande, mais veut également montrer de nouvelles possibilités dans la construction de carrosseries qui sont possibles avec une grande pièce moulée», explique Stephan Philipp, chef d'équipe pour le développement de produits.
BIG Casting Case Strudy : une pièce de démonstration utilisant la technologie de moulage composite montre les limites de taille impressionantes des pièces que l‘on peut atteindre même sans système de méga ou gigacasting. Deux pièces moulées ont été reliés par une plaque en tôle d'alu intégrée au milieu. Au cours du processus de fabrication, un élément moulé est coulé de part et d’autre sur la tôle de 2 mm d'épaisseur. L'avantage : la surface du panneau crée un grand composant très ductile en son milieu et qui permet une solution de réparation par soudage ou rivetage/collage. Une éventuelle utilisation en série n'est pas encore définie, mais certains constructeurs automobiles sont intéressés.
Tout nouveau : pièce moulage permanent visible
Jaguar Land Rover (JLR) a montré que des pièces moulées «cachées» peuvent également rester visibles pour les occupants du véhicule. La volonté d'innovation du constructeur automobile en matière de design intérieur a été mise en œuvre sur le site autrichien, en étroite collaboration avec le constructeur automobile. «La pièce accueillant les instruments du tableau de bord du modèle Defender est la première pièce de GF Casting Solutions montée à l'intérieur d‘un véhicule en tant que pièce visible pour le conducteur et le passager avant», explique Julian Hossinger. Le tableau de bord, la visière et la console centrale sont fabriqués en pièces Mg moulées depuis 2021. Le défi consistait à obtenir une surface visiblement lisse, sans fissures ni impuretés, ne nécessitant aucun travail en aval. La surface lisse est ensuite simplement revêtue, le client pouvant choisir différentes couleurs.
Conclusion : Le nombre de pièces moulées avec moules permanents dans la structure de carrosserie augmentera. GF Casting Solutions développe et calcule des composants hautement fonctionnels intégrés et conçoit le moule permanent. En collaboration avec l'OEM, GF Casting Solutions réussit la mise en œuvre et la fabrication des pièces. Les innovations de GF sont remarquables, car elles montrent de nouvelles pistes de construction en carrosserie, avec ou sans intégration de fonctions supplémentaires dans les pièces.
Sur GF Casting Solutions
GF Casting Solutions est l'un des principaux fournisseurs desolutions de pièces et composants légers dans le segment de la mobilité et de l'énergie et fait partie du groupe coté en bourse Georg Fischer AG. L'entreprise aide ses clients à réduire leurs émissions de CO2 et à développer des motorisations alternatives. GF Casting Solutions produit sur 13 sites de production en Allemagne, en Autriche, en Roumanie, en Suisse et en Chine. Les centres de recherche et de développement, mondialement reconnus pour leur expertise en matière de construction légère et de bionique sont situés à Schaffhouse et à Suzhou (Chine). Georg Fischer AG a été fondée à Schaffhouse en 1802. L'année dernière, le groupe a réalisé un chiffre d'affaires de 892 millions de francs avec 3570 collaborateurs.
Texte : Jürgen Klasing, Image : GF Casting Solutions