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Alliage Haute Fluidité : témoignage client

#Recherche&Développement
20/04/2017


Pour faire suite à notre article sur le nouvel alliage HF Haute Fluidité, intéressons-nous à un cas concret d’un fabricant de téléphone mobile qui a abandonné l’aluminium au profit du Zamak pour économiser l’énergie grise et réduire ses coûts !  


Problème/opportunité : un fabricant international de téléphones portables cherchait à diminuer les temps d’usinage et les coûts de fabrication de la coque d’un de ses modèles phares. Cette coque se compose de deux parties (avant et arrière) et était usinée à partir de pièces brutes en aluminium série 6000, pour un temps total de production de 20 minutes. Grâce aux caractéristiques de l’alliage HF, le fabricant a pu mouler la coque et réduire le temps de production à seulement deux minutes. Ce résultat l’a fortement incité à opter pour le moulage sous pression de l’alliage de zinc HF pour fabriquer sa coque.

Solution/stratégie de mise en œuvre : les éléments avant et arrière de la coque ont été revus pour être moulés sous pression à partir de l’alliage de zinc HF. Cet alliage présente une limite d’élasticité et une résistance à la rupture supérieures à celles de l’alliage d’aluminium pour corroyage série 6000 et permet des épaisseurs de paroi de 0,4 mm (soit un peu moins de 0,016 pouce). Les moules des deux pièces ont été conçus pour une machine à 4 tiroirs afin de permettre l’inclusion de contre-dépouilles et d’autres détails non réalisables avec les alliages actuels d’aluminium et de magnésium pour le moulage sous pression. Les moules ont été fabriqués après simulation informatique, qui a confirmé une coulée et une analyse acceptables.

Résultat : l’abandon de l’aluminium pour corroyage usiné au profit du moulage sous pression de l’alliage de zinc HF a permis de réduire les coûts et de réaliser d’importantes économies d’énergie. Pour une production mensuelle de 1 million de téléphones, les économies mensuelles pour le seul usinage s’élèvent ainsi à 60 millions de dollars. Les économies d’énergie liées à l’usinage, ainsi qu’à la différence entre la fonte de l’aluminium pour corroyage et la fonte du zinc pour moulage sous pression sont estimées à 3,7 milliards de BTU/mois. Le BTU (British Thermal Unit) est une unité de mesure d'énergie thermique.
 

Estimation des économies d’énergie


experience-zamak-alliage-haute-fluidité-decoprodThéoriquement, 450 BTU environ sont nécessaires pour faire fondre une livre d’alliage d’aluminium, contre 113 BTU pour faire fondre une livre d’alliage de zinc, soit 4 fois moins.

Chaque coque de téléphone pèse 100 grammes. Le zinc est plus mince que l’aluminium, mais sa densité plus élevée permet de garder un poids équivalent. Plus de 50% de l’aluminium pour corroyage est éliminé lors de l’usinage. Ainsi, la pièce brute d’origine pèse environ 200 grammes. La quantité de zinc injectée pour le moulage est d’environ 200 grammes. Le retraitement des chutes de zinc engendre une perte moins importante, mais ce fait n’est pas pris en compte dans notre analyse.

La production d’environ 1 million de coques par mois nécessite donc 200.000.000 grammes de métal (431.034 livres). L’énergie nécessaire à la fusion de l’aluminium serait ainsi de 194 millions de BTU par mois. L’énergie nécessaire à la fusion du zinc serait, elle, de 48 millions de BTU par mois. La différence entre les deux alliages s’élève donc à 146 BTU/mois, si l’on prend en compte le point de fusion minimum théorique. Toutefois, il n’est pas rare que l’énergie réelle requise soit au moins 2 à 3 fois supérieure à la valeur théorique, notamment en raison des inefficacités du procédé. Par conséquent, la différence peut facilement s’élever à 300 millions de BTU/mois, sans tenir compte du corroyage ou du moulage à proprement parler.

La puissance d’un centre d’usinage à axes se monte à environ 34 kW. On suppose qu’en moyenne, environ 10 % de cette puissance est utilisée pour l’usinage. Pour un usinage de 20 minutes des coques en aluminium, une puissance de 1,1 kWh par coque serait nécessaire, soit 1,1 million de kWh pour 1 million de coques par mois. 100 kWh = 341.200 BTU, soit 3,75 milliards de BTU par mois. Si deux minutes sont nécessaires pour usiner chaque coque en zinc, les économies d’énergie liées à l’usinage se montent à 3,4 milliards de BTU par mois.

Les économies totales d’énergie (fonte et usinage) pour 1 million de coques par mois s’élèveraient donc à 3,7 milliards de BTU par mois.
 

Estimation des réductions de coûts


L’usinage d’une pièce brute en aluminium pour corroyage nécessite 20 minutes, contre 2 minutes pour une pièce en zinc moulée sous pression. Pour un coût d’usinage de 200 $/heure, les économies réalisées pour chaque coque se montent à 66,66 $ - 6,66 $, soit 60 $. Pour 1 million de coques par mois, les économies atteignent 60 millions de dollars par mois. Si le coût de l’énergie est de 0,03 $/kWh, les économies d’énergie calculées ci-dessus se traduiraient par une réduction supplémentaire de 32.000 $ par mois.


Merci à l'association IZA, au NADCA, et au U.S. Department of Energy pour le partage de leur document. 
Crédit photo : DECO PROD 

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