Aluminium et innovation : les nouveaux alliages essentiels

L'aluminium était autrefois la matière la plus précieuse au monde. Aujourd'hui, avec une consommation mondiale estimée à 120 millions de tonnes pour 2025, il est, après l'acier, le métal le plus répandu. Cette demande remodèle le visage des fonderies du monde entier.

La production mondiale d'aluminium a augmenté de 6 % en 2017. L'industrie automobile est le principal moteur de cette évolution, ainsi que les secteurs de l'aéronautique, de l'ingénierie mécanique et de l'emballage. 

Parallèlement au renforcement de la législation environnementale, la pression visant à réduire la consommation de carburant et les émissions de CO2 augmente. Les nouveaux véhicules plus verts doivent être plus légers. Dans ce contexte, choisir plutôt l'aluminium ultraléger que l'acier plus lourd, semble judicieux pour certains composants, notamment les grandes pièces structurelles. 

C'est pourquoi, d'ici 2022, la voiture moyenne contiendra presque 100 kilos d'aluminium en plus, en lieu et place de composants plus lourds. Au niveau mondial, d'ici 2025, l'utilisation d'aluminium dans les automobiles va doubler pour représenter environ 25 % de la consommation, soit 30 millions de tonnes. 

Les fonderies voient l'aluminium et les autres métaux légers occuper une place de plus en plus importante sur les marchés nationaux des pièces coulées. En Chine, plus grand producteur et consommateur d'aluminium au monde, la production primaire a connu une augmentation de 10 % rien qu'en 2017.

Aux États-Unis, le marché des pièces coulées en aluminium a été évalué à 49,47 milliards de dollars en 2016 et devrait croître de 7,8 % par an jusqu'en 2025. Le pays important la majeure partie de son aluminium, les nouveaux droits de douane 2018 risquent de nuancer ces chiffres, mais les perspectives restent globalement très positives.

L'Inde, troisième producteur de pièces coulées au monde et pays où l'économie progresse le plus rapidement, se tourne également vers l'aluminium. En Europe, le constat est le même, l'aluminium étant de plus en plus utilisé chez les constructeurs automobiles de renom, ainsi que dans d'autres secteurs tels que celui de la construction.

Cette évolution rapide de l'acier à l'aluminium représente une formidable opportunité pour certaines fonderies. Mais il ne suffit pas d'envoyer son équipe commerciale battre la campagne. Il n'est pas facile de pénétrer sur ce marché.

Complexes, les pièces structurelles en aluminium pour automobiles sont difficiles à couler avec précision. Réaliser une finition efficace et uniforme est également délicat. Autrement dit, en matière de coulée sous pression, c'est de plus en plus la qualité (plutôt que la quantité) qui prime : des équipements spécialisés sophistiqués sont nécessaires. Pour entrer en lice, les fonderies doivent investir et innover.

Certaines fonderies de coulée sous pression avisées profitent déjà du boom de l'aluminium. Le marché chinois de l'automobile a connu une forte croissance au cours des vingt dernières années. Parallèlement, le marché de la coulée sous pression s'est développé, doublant de volume en une décennie.

À l'instar de DGS China, les entreprises qui ont su investir rapidement en vue de répondre aux besoins liés à cette envolée sont aujourd'hui très prospères. Spécialisée dans la coulée sous haute pression de l'aluminium et du magnésium, la société installée à Nansha, Guangzhou a vu ses recettes passer de 40 millions de RMB en 2012 à plus de 320 millions de RMB. Les modernisations constantes opérées dans l'usine l'aident à produire les précieux composants structurels complexes demandés par ses clients du secteur de l'automobile, et ce de manière rentable.

Réduire les coûts et accroître la productivité : voilà les objectifs sous-tendant les modernisations importantes en lien avec l'aluminium effectuées chez Neoflam (Corée du Sud) et Ford (Allemagne). Ce dernier a ainsi équipé ses fours Westomat de contrôleurs digitaux dernier cri, ce qui a permis d'améliorer la précision du dosage et la disponibilité des systèmes, tout en réduisant la facture énergétique.

Les fournisseurs ont également un rôle à jouer pour soutenir l'évolution des fonderies vers l'aluminium. D'importantes ressources de recherche et de développement sont nécessaires en vue de la mise au point de produits et de solutions de service adaptés aux propriétés de l'aluminium et à la taille souvent petite des fonderies concernées. 

Citons l'exemple chez Norican de la nouvelle gamme de grenailleuses LBS 1000 de Wheelabrator, sortie en juillet dernier du Wheelabrator Centre for Product Innovation situé à Metelen, en Allemagne.

Cette nouvelle machine à tapis métallique LBS, plus légère, est particulièrement adaptée à la finition des pièces en aluminium, le concept de tapis métallique permettant un sablage efficace des pièces, de tous les côtés, dans un espace relativement compact et sans mélange. La conception compacte du nouveau modèle sans fosse permet une installation plus rapide et une hauteur de chargement plus ergonomique. Pouvant être installé dans des configurations étroites et se déplaçant plus facilement entre les cellules, il offre une plus grande flexibilité d'intégration dans les processus existants.

Aussi vitaux qu'ils soient, la finition de surface et le nettoyage ne sont qu'une composante de la production de pièces en aluminium. Les machines à coulée sous pression, les fours de fusion et les fours de dosage jouent tous un rôle et doivent fonctionner ensemble harmonieusement. 

Les marques de Norican Group DISA, ItalPresseGauss, StrikoWestofen et Wheelabrator collaborent étroitement pour proposer des solutions intégrées de fusion, de maintien, de dosage, de coulage et de finition des pièces en aluminium. 

Les cellules automatisées d'ItalPresseGauss ont la capacité d'intégrer les machines à coulée sous pression et tous les équipements périphériques, du four de dosage à l'ébavurage automatique. Elles s'adaptent donc aux processus de chaque client, qu'il s'agisse d'applications sophistiquées pour le secteur automobile ou d'objets très communs tels que les équipements d'éclairage ou les ustensiles de cuisine.

Travaillant en étroite collaboration avec le client, ItalPresseGauss coordonne les fournisseurs périphériques et assume l'entière responsabilité de la réalisation de l'ensemble du projet. Cette approche en interne met en œuvre une simulation 3D d'avant-garde. Afin d'optimiser l'automatisation et la durée des cycles, elle intègre une étude de faisabilité destinée à évaluer le projet et une analyse soigneuse des fonctions des cellules et des processus. En production, le logiciel de contrôle HMe personnalisé, le stockage des données et les fonctions d'analyse offrent une gestion centralisée et une flexibilité totale autorisant d'autres améliorations.

Pour mettre en place des processus plus productifs et concurrentiels, les entreprises doivent envisager d'investir dans des équipements améliorant les performances. Produire des coulées de qualité uniforme présentant d'excellentes caractéristiques mécaniques et une faible porosité exige des machines à coulée sous haute pression caractérisées par une rigidité et une stabilité à toute épreuve. Les constructeurs automobiles veulent un métal de qualité optimale offrant résistance structurale et facilitant le soudage et le rivetage.

Plus que jamais auparavant, tous les aspects du processus de coulée doivent aujourd'hui être passés au crible. L'efficacité énergétique, la réduction du coût par pièce, la durabilité et la propreté et la sécurité de l'environnement de travail sont des points de plus en plus importants. Le four de dosage Westomat et le Schnorkle (nouveau système de transport fermé révolutionnaire) de StrikoWestofen en sont des exemples probants. 

Le Westomat nécessite nettement moins d'énergie que les systèmes de poche automatiques utilisant des fours de maintien. Il offre de plus une durée de vie pouvant atteindre plus de 20 ans. Avec le Schnorkle, les débordements accidentels ou les inclinaisons dangereuses appartiennent au passé. Lors du transfert de l'aluminium fondu vers le four de dosage, l'exposition à l'atmosphère est minimale.

Le nouveau four de fusion BigStruc de StrikoWestofen est un autre exemple concret. Développé dans l'optique des nouveaux besoins en aluminium, il peut faire fondre des retours à paroi mince de très grande taille (jusqu'à 2,5 m²). Caractérisé par des rendements en métal très élevés et une consommation énergétique très faible, il dépasse les attentes des fonderies et est parfaitement adapté à la complexité actuelle des pièces coulées structurelles pour automobiles.

Parallèlement, des développements tels que le système ECO-FIT d'ItalPresseGauss permettent également de viser des économies d'énergie ambitieuses. ECO-FIT Mode et ECO-FIT Plus régulent les pompes hydrauliques des machines à coulée sous pression de manière à réduire la consommation énergétique, la température des fluides hydrauliques et les niveaux sonores. Ils favorisent ainsi les économies d'énergie, la réduction des coûts et la création d'un environnement de travail plus propre.

La nouvelle grenailleuse à centrifugeuse SPH-2-3/8 compacte de Wheelabrator a été développée tout spécialement pour les applications pour l'aluminium. Elle est extrêmement efficace pour décalaminer, ébavurer, ébarber ou nettoyer les pièces en aluminium.

Inspirée d'un modèle polyvalent existant, elle dispose d'une puissance de grenaillage et d'un rendement abrasif nettement plus élevés et bénéficie d'une conception plus légère et plus fine parfaitement adaptée aux environnements compacts de production de pièces en aluminium.

De même, les systèmes de grenaillage à manipulateur DV et DS de Wheelabrator ont été spécifiquement conçus pour la production de pointe de pièces coulées complexes en métal léger.

Dotés de fonctionnalités d'intégration et d'automatisation avancées, ces systèmes de grenaillage à manipulateur performants permettent de décaper, de décalaminer et de grenailler des composants de tailles et de formes diverses, sans qu'un rééquipement soit nécessaire.

Le moulage au sable vert est une autre option hautes performances proposée dans le portefeuille de Norican pour la coulée d'aluminium. Caractérisé par des coûts d'équipement bien plus faibles et des changements d'outil bien plus rapides, il offre, dans certaines applications pour l'aluminium, des avantages significatifs par rapport à la coulée sous pression. En outre, il peut atteindre des vitesses de production extrêmement rapides (300 pièces coulées ou plus par heure).

Pour les composants critiques pour la sécurité présentant de hautes exigences mécaniques, la coulée au sable basse pression est la solution la plus adaptée. Un four pressurisé pompe le métal fondu vers le moule, ce qui produit un écoulement laminaire limitant l'exposition du métal à l'air. La formation d'oxyde d'aluminium est ainsi moindre, ce qui améliore les propriétés mécaniques des pièces.

Le procédé au sable vert permet en outre de produire efficacement et aisément des pièces coulées à noyau. La technologie éprouvée et économique du noyau en sable en boîte froide facilite la production de composants en aluminium complexes, à section creuse et à paroi mince.

Les concepteurs ont ainsi davantage de liberté quand ils créent des géométries compliquées dotées de sections transversales fermées et d'épaisseurs de paroi précises, ce qui est idéal pour les composants tels que les bras de suspension pour automobiles, aux exigences mécaniques et aux limites de tolérance rigoureuses.

Les pièces à section creuse sont non seulement plus légères, mais consomment également moins d'aluminium brut. Avec leur précision inégalée, les machines telles que la DISAMATIC D3 et, pour les pièces coulées plus volumineuses, les DISAMATIC 240 et 250 conviennent parfaitement à ce type de production, très exigeant.

Lorsque les propriétés mécaniques sont moins cruciales, le versement par gravité peut être la solution idéale pour la coulée d'aluminium. Nécessitant un investissement moindre, les gammes DISA MATCH et DISAMATIC C3 par exemple permettent de produire rapidement une grande quantité de moules en sable de qualité. 

La DISA MATCH emploie la technologie des plaques-modèles double face brevetée de DISA et le mécanisme de soufflage/pression DISAMATIC, qui allie vitesse, flexibilité et haute précision. Elle convient parfaitement aux fonderies petites et moyennes fabriquant des pièces telles que des brides, des supports de palier et des berceaux moteur. 

Par exemple, la DISA MATCH 20/24 peut produire jusqu'à 180 moules sans renfoncement par heure, avec des décalages liés à la machine maximaux inférieurs à 0,2 mm. Grâce à un changeur de plaques-modèles double face rapide (QMC), les délais de changement de modèle sont courts (inférieurs à deux minutes) ce qui garantit l'efficacité des productions en un court laps de temps.

Ensemble, DISA et ses partenaires de Norican Group sont à même de fournir tout type d'équipement, qu'il s'agisse d'une machine de moulage unique à l'intégralité des appareils équipant une fonderie. Quels que soient le volume de la série (50 ou de 50 000 pièces) et le degré d'exigence des propriétés mécaniques de la coulée, la technologie DISA ouvre de nouvelles voies pour une production de pièces coulées en aluminium efficace.

Les constructeurs automobiles adoptant des conceptions plus compactes et réduisant le nombre d'étapes lors de la production de véhicules, les opérations de moulage, de coulée sous pression et de finition de l'aluminium deviennent de plus en plus délicates.

Plus volumineuses, plus plates et plus compliquées, les pièces structurelles coulées intègrent désormais des formes complexes et des parois minces. Elles doivent offrir de meilleures performances mécaniques, combinant haute résistance et rigidité avec une faible épaisseur.

L'innovation est la seule façon de garder une longueur d'avance dans ce monde hautement concurrentiel : indéniablement, les pièces coulées en alliage léger sont compétitives. Toutes les marques Norican partagent le goût de l'innovation et Norican Group est à même d'apporter son soutien aux fonderies qui s'orientent vers ces nouvelles opportunités commerciales.

Toutes nos marques travaillant en partenariat, nous renforçons nos apprentissages et notre développement afin de mettre au point de nouvelles technologies passionnantes, qui s'intègrent en toute transparence. 

Offrant d'excellentes solutions de coulée d'aluminium intégrées à l'international, le réseau de Norican Group améliore aussi ses niveaux de service dans des pays tels que la Chine, d'où une amélioration de la réactivité de l'assistance locale et de l'approvisionnement en pièces.

Des ingénieurs sont disponibles pour partager leur savoir-faire en matière de fonte d'aluminium et prêter main forte aux clients, les aidant à tirer le meilleur parti de leurs équipements et à améliorer leurs processus de fabrication. 

Chez Norican Group, notre objectif est de résoudre les défis d'aujourd'hui et de demain en façonnant l'industrie. Au final, cette approche ferme en matière d'innovation et de qualité de service aidera les clients à tirer le meilleur parti des opportunités offertes par l'aluminium.