Nouvelle technologie de moulage pour la production de composants en aluminium dans l’industrie automobile

L’aluminium joue un rôle clé dans la réduction du poids d’une voiture et contribue ainsi également à réduire la consommation de carburant. Une voiture moderne contient de grandes quantités d’aluminium et l’utilisation de ce métal est en augmentation.

Il est donc important d’exploiter le matériau de la manière la plus optimale possible, et une nouvelle technologie de coulée développée en Norvège a le potentiel de le faire. Le processus est appelé moulage à basse pression (LPC) et permet de couler des boulons en aluminium avec des propriétés de surface de haute qualité. Cela permet au métal d’être utilisé directement dans la fabrication de pièces telles que les composants de suspension dans les voitures.

Rationalisation de la production et économie de matières premières

Le moulage rend la production de composants automobiles en aluminium moins coûteuse, plus écologique et plus efficace. Il évite également le gaspillage de grandes quantités de matières premières. La technologie de coulée a été développée par le producteur d’aluminium Hydro et est réalisée sous vide. Afin d’étudier et de démontrer le potentiel de la technologie, Hydro a invité SINTEF et Raufoss Technology à unir leurs forces dans le cadre d’un projet appelé HyForge. Jusqu’à présent, les résultats ont été très prometteurs.

“Cette technologie de coulée implique la suppression de toute une étape du processus dans la chaîne de production”, explique Siri Marthe Arbo, chercheuse au SINTEF.

Actuellement, une chaîne de production de composants automobiles est composée de plusieurs étapes, y compris la coulée, le traitement thermique, l’extrusion et le processus de forgeage/façonnage ultérieur qui garantit que le produit final est façonné avec sa forme prévue.

“Notre processus supprime efficacement l’étape d’extrusion”, déclare Arbo.

Des économies sur tous les fronts

Actuellement, il est courant pour l’industrie d’utiliser des boulons extrudés dans la production de composants de suspension. Il s’agit d’un processus coûteux, chronophage et énergivore qui génère également de gros volumes de « déchets ».

“Le processus d’extrusion consiste à forcer le métal à travers une buse”, explique Arbo. “L’objectif est d’assurer la production d’un matériau uniforme, exempt de contaminants et de défauts de surface. Mais cela fonctionne de la même manière qu’un tube de dentifrice, donc il y a toujours des déchets résiduels”, explique-t-elle.

L’équipe de recherche a utilisé la nouvelle technologie de moulage d’Hydro pour démontrer qu’il est possible de couler les boulons utilisés dans les composants de suspension et ainsi d’éliminer l’étape d’extrusion du processus de production.

“La nouvelle technologie de coulée réduit les défauts et donne à la matière première une finition de surface de haute qualité”, déclare Arbo. “Ceci change la donne dans la fabrication de composants automobiles en aluminium car le processus est à la fois plus rapide et moins cher sans l’étape d’extrusion”, dit-elle.

Exigences de qualité strictes

L’équipe de recherche s’est efforcée de comprendre le comportement du matériau coulé et les propriétés qu’il acquiert lors du forgeage. Il a effectué des comparaisons pour identifier les compositions d’alliage optimales et examiné les modifications à apporter au processus de production.

“Nous nous sommes concentrés sur la mise en œuvre d’un processus de production qui garantit que le système de suspension possède les propriétés nécessaires”, explique Arbo. “Il s’agit d’un composant essentiel à la sécurité, il existe donc des exigences strictes en matière de qualité et de propriétés du produit”, déclare-t-elle.

“Nous avons étudié le traitement thermique et toutes les différentes étapes du processus que le matériau doit subir afin de pouvoir démontrer que le matériau coulé est exempt de défauts et adapté à l’usage. Nous avons également utilisé des modèles et des simulations pour nous aider à mieux comprendre ce qui arrive au matériau pendant le processus de production », explique Arbo.

En plus des essais en laboratoire, l’équipe a réalisé des expériences physiques en collaboration avec le partenaire industriel du projet, Raufoss Technology. Celles-ci ont consisté à créer le premier démonstrateur d’une ligne de production d’éléments de suspension en aluminium utilisant des boulons moulés.

Une chaîne de valeur uniquement norvégienne ?

L’objectif du projet HyForge est de démontrer et d’établir la confiance dans le fait que l’utilisation de boulons coulés est la meilleure façon de produire des composants de suspension à l’avenir.

SINTEF participe à ce projet en collaboration avec Hydro et Raufoss Technology. Ce dernier fabrique depuis de nombreuses années des pièces pour la majorité des marques de voitures, en mettant l’accent sur les composants en aluminium. Il est tout à fait possible que le projet débouche sur une chaîne de valeur uniquement norvégienne susceptible de stimuler la création de richesse dans le pays.

“Notre empreinte carbone sera encore plus réduite si nous achetons des composants moulés à Hydro à Husnes au lieu de boulons extrudés qui doivent être transportés depuis l’Europe centrale”, déclare Jørgen Li de Raufoss Technology. “Les transports deviendront également plus faciles et plus fiables”, dit-il.

« Notre plan a toujours été de remplacer les boulons extrudés par des boulons moulés dans notre ligne de production existante à Raufoss où nous fabriquons des composants pour Volvo », explique Li.

Li explique que le passage des boulons extrudés aux boulons coulés offre le plus grand potentiel d’économies de coûts liées à la chaîne de production de Raufoss. Cela réduira également l’empreinte carbone de l’entreprise.

L’équipe de recherche a calculé qu’il serait possible d’économiser jusqu’à 39 kilogrammes de CO₂ équivalents par voiture. Aujourd’hui, le chiffre total des émissions d’une voiture est de 98 kilogrammes de CO₂ équivalents, selon les chiffres publiés par SINTEF. Ces chiffres concernent principalement les transports et, surtout, le fait que l’aluminium norvégien est produit à partir d’énergie « verte » issue de l’hydroélectricité.