Đúc kim loại – Định nghĩa, quy trình và các loại

Đúc kim loại là một quy trình sản xuất liên quan đến việc nấu chảy kim loại và đổ chúng vào khuôn để tạo thành các hình dạng cụ thể. Nó chủ yếu được sử dụng trong ngành sản xuất để sản xuất các bộ phận khác nhau nhưng cũng được sử dụng trong mỹ thuật như điêu khắc và làm đồ trang sức. Năm 2020, thị trường đúc kim loại sắt và thép được định giá là 145,97 tỷ đô la Mỹ. Thị trường này ước tính sẽ tăng trưởng ở tốc độ CAGR là 5,4% từ năm 2021 đến năm 2027.

Quy trình đúc kim loại đã có từ hơn 7000 năm trước. Trong nhiều thế kỷ, quy trình đúc đã liên tục được phát triển và tinh chỉnh. Ngày nay, nó cho phép sản xuất lặp lại các hình dạng cực kỳ phức tạp, một số trong số đó không thể đạt được bằng bất kỳ phương pháp nào khác.

Ngày nay, dịch vụ đúc kim loại được sử dụng rộng rãi đến mức không thể tránh khỏi các sản phẩm đúc, bất kể bạn đang ở trong loại môi trường nào. Một số ví dụ về các sản phẩm kim loại đúc bao gồm khối động cơ, vòi cứu hỏa, động cơ, dụng cụ, đèn giao thông, hố ga, đường ống, van và nhiều phụ kiện khác nhau.

Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu quy trình đúc kim loại để hiểu nó là gì, tìm hiểu các loại và cách chúng hoạt động.

Đúc là gì?

Quá trình đúc cho phép sản xuất các bộ phận kim loại có hình dạng mong muốn bằng cách nung kim loại ở nhiệt độ nóng chảy và đổ kim loại lỏng vào khuôn. Kim loại nóng chảy chảy vào các khoang rỗng, phù hợp với hình dạng của khuôn. Sau khi kim loại nguội và đông đặc, nó được lấy ra khỏi khuôn và được đưa đi xử lý sau. Trong quá trình xử lý sau, bề mặt hoàn thiện và hình thức được cải thiện và bất kỳ lớp phủ bảo vệ cần thiết nào cũng được áp dụng.

Đúc kim loại chỉ bị giới hạn bởi trí tưởng tượng của nhà sản xuất. Nó có thể tạo ra các hình dạng cực kỳ phức tạp.

Đúc được ưa chuộng đối với các hình dạng phức tạp vì nó tiết kiệm chi phí hơn và quy trình này đơn giản hơn so với gia công CNC trong các trường hợp như vậy. Nhưng nó cũng được sử dụng rộng rãi cho các hình dạng đơn giản nhất vì thời gian quay vòng nhanh và năng suất sản xuất lớn.

Các phương pháp đúc hiện đại có thể tạo ra các hình dạng gần như lưới, giúp giảm đáng kể nhu cầu loại bỏ gờ và các hoạt động xử lý sau khác.

c

Quy trình đúc kim loại

Lý do quy trình đúc kim loại trở nên phổ biến là do tính đơn giản vốn có của nó. Không cần máy móc hiện đại hay quy trình phức tạp để có được sản phẩm hoàn thiện.

Do đó, ngay cả các đội quân cổ đại cũng có thể tận dụng nó để sản xuất vũ khí và công cụ. Nhưng qua nhiều năm, những tiến bộ trong đúc đã bổ sung thêm một số bước vào quy trình để đảm bảo rằng các sản phẩm cuối cùng có chất lượng tốt nhất có thể. Chúng ta hãy cùng xem quy trình đúc kim loại thông thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp ngày nay.

Bước 1: Tạo khuôn

Có thể nói rằng tạo khuôn là bước quan trọng nhất trong quy trình đúc kim loại. Chất lượng của khuôn ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của sản phẩm hoàn thiện. Phương pháp tạo khuôn thay đổi tùy thuộc vào loại kim loại, hình dạng chi tiết, năng suất sản xuất và độ hoàn thiện mong muốn. Sau khi quyết định các thông số kỹ thuật này, có thể xác định được vật liệu và phương pháp phù hợp.

Khuôn được tạo ra như một ấn tượng tiêu cực về chi tiết mong muốn. Khuôn được làm bằng vật liệu không chỉ chịu được nhiệt độ cao của vật liệu nóng chảy mà còn dễ dàng tách khỏi phần kim loại rắn sau khi nguội. Một số vật liệu được sử dụng làm khuôn bao gồm cát, thạch cao, bùn chịu lửa và chất lỏng gốm. Một số khuôn chỉ có thể sử dụng một lần, trong khi những khuôn khác có thể sử dụng nhiều lần.

Bước 2: Làm nóng chảy và rót kim loại

Kim loại đúc được nung nóng trên điểm nóng chảy của nó để tạo ra một chất lỏng chảy tự do. Chất lỏng phải không có tạp chất và cặn càng nhiều càng tốt. Có thể thêm các biện pháp sắp xếp vào khuôn để ngăn cặn xâm nhập vào vật đúc. Kim loại nóng chảy được rót vào một bể rót ở phía trên cùng của khuôn. Sau đó, kim loại hóa lỏng đi vào ống rót (kênh dọc) và được phân phối vào khoang khuôn thông qua các đường dẫn (kênh ngang) và các cổng (lối vào khoang).

Các kim loại ít nhớt hơn có thể chảy dễ dàng vào vật đúc và tạo thành các hoa văn mịn hơn. Các kim loại có độ nhớt cao thể hiện dòng chảy không hỗn loạn, giúp loại bỏ các khuyết tật như độ xốp. Tốc độ đông đặc và lực truyền động cũng bị ảnh hưởng bởi độ nhớt của kim loại nóng chảy.

Bước 3: Tháo khuôn đúc kim loại ra khỏi khuôn

Trong trường hợp khuôn dùng một lần, khuôn sẽ bị phá vỡ để lấy khuôn đúc kim loại.

Đối với khuôn đúc cố định, có nhiều cách sắp xếp mở khác nhau trên khuôn để tiếp cận và lấy khuôn đúc. Sau đó, khuôn có thể được sử dụng lại cho các mẻ tiếp theo.

Bước 4: Hoàn thiện và xử lý sau

Không thể sử dụng khuôn đúc lấy ra khỏi khuôn ở trạng thái hiện tại. Khi kim loại nóng chảy được đổ vào khuôn, kim loại lỏng trong ống rót, ống dẫn, ống đứng và lỗ thông hơi cũng đông cứng lại. Tất cả các phần phụ này đều bị cắt bỏ. Hoàn thiện bề mặt cũng có thể cần thiết.

Sau đó, bộ phận được gửi đi để làm sạch và phủ nếu ứng dụng yêu cầu.

Các loại quy trình đúc

Đúc có thể được tạo ra từ nhiều loại kim loại khác nhau như nhôm, kẽm, thép và sắt. Mỗi kim loại đều có những đặc điểm riêng, đòi hỏi phải điều chỉnh kỹ thuật đúc để đạt được sản phẩm tốt nhất có thể.

Kỹ thuật đúc cũng phụ thuộc vào các thông số như thành phần hợp kim, hình dạng chi tiết, chi phí, chất lượng cuối cùng mong muốn, quy mô sản xuất và tiêu chí hiệu suất.

Các quy trình đúc được chia thành hai cách: cách thứ nhất dựa trên tuổi thọ của khuôn (đúc khuôn có thể tiêu hao và không thể tiêu hao) và cách thứ hai là phương pháp phun hợp kim (đúc trọng lực, đúc áp suất hoặc đúc chân không). Trong bài viết này, chúng tôi sẽ phân loại các quy trình đúc thành đúc khuôn có thể tiêu hao và không thể tiêu hao.

Quy trình đúc khuôn dùng một lần

Quy trình đúc khuôn dùng một lần sử dụng khuôn chỉ có thể sử dụng một lần. Những khuôn này được sử dụng trong nhiều quy trình đúc khác nhau như đúc cát, đúc khuôn vỏ và đúc mẫu chảy, v.v. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng những khuôn này không phải lúc nào cũng có thể bị loại bỏ sau khi sử dụng. Các nhà sản xuất có thể cố gắng cứu vãn khuôn khi có thể cải tạo khuôn.

Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn một số quy trình sử dụng khuôn đúc không tái sử dụng:

Đúc cát

Trong đúc cát, cát được sử dụng làm vật liệu khuôn. Cát rẻ, dễ kiếm, mềm dẻo và chịu được nhiệt độ cao tốt hơn hầu hết các vật liệu khác. Cát xanh (ẩm) và cát khô là những vật liệu phù hợp nhất cho quá trình đúc. Khuôn cát có hình dạng âm bản của chi tiết mong muốn được tạo ra và sau đó kim loại nóng chảy được đổ vào. Khi kim loại đông cứng, cát được lấy ra để lấy vật đúc.

Đúc cát là một trong những phương pháp đúc lâu đời nhất. Nó vẫn rất phổ biến cho đến ngày nay do tính đơn giản, linh hoạt và giá cả phải chăng. Đúc cát có thể tạo ra các sản phẩm có kích thước từ vài cm đến hàng chục mét. Các sản phẩm có thể nặng từ 75g đến vài tấn.

Tuy nhiên, đúc cát không mang lại bề mặt hoàn thiện tốt nhất và do đó phù hợp hơn với các sản phẩm lớn hơn có thể được tinh chế để có bề mặt mịn hơn sau này. Đúc khuôn thạch cao là một loại phương pháp đúc cát trong đó thạch cao được sử dụng để tạo khuôn thay vì cát.

Đúc vỏ

Đúc vỏ là một loại quy trình đúc cát. Tuy nhiên, thay vì cát rời, quá trình đúc kim loại diễn ra bên trong một lớp cát cứng, thành mỏng.

Để tạo ra lớp vỏ này, trước tiên phải tạo ra một mẫu. Mẫu là một vật thể có hình dạng của bộ phận mong muốn. Mẫu được nung nóng và đặt vào cát trộn với chất kết dính nhựa nhiệt rắn. Cát xung quanh mẫu sẽ có hình dạng của bộ phận và nhựa sẽ làm cứng nó. Vỏ được xử lý thêm trong lò. Khi vỏ đã sẵn sàng, nó được đặt vào vật liệu nung và kim loại nóng chảy được đổ vào. Sản phẩm đúc được lấy ra khi đông đặc.

Đúc vỏ có những ưu điểm như yêu cầu về nhân công thấp hơn (khi tự động hóa), tăng năng suất sản xuất và cải thiện độ chính xác về kích thước.

Tuy nhiên, đúc vỏ đắt hơn một chút so với đúc cát do sử dụng nhựa. Nó cũng có thể có độ bền vật liệu thấp hơn và các vấn đề về độ xốp cao. Chi phí nhân công cũng có thể khá cao nếu quy trình không được tự động hóa.

Đúc mẫu chảy

Đúc mẫu chảy, còn được gọi là đúc khuôn mẫu chảy hoặc đúc chính xác, sử dụng sáp để tạo ra các sản phẩm đúc chính xác một cách nhất quán. Quy trình bắt đầu bằng một mẫu sáp thu được thông qua khuôn kim loại. Một số mẫu sáp được lắp ráp với các cổng, rãnh và một ống rót. Điều này cho phép đúc nhiều bộ phận cùng một lúc. Các mẫu sáp được nhúng hoặc “phun” vào bùn chịu lửa có hình dạng giống như cụm lắp ráp.

Sau đó, mẫu sáp cùng với vỏ bùn được nung nóng. Sáp chảy ra khỏi vỏ và có thể được thu hồi để tái sử dụng. Vỏ bùn sau đó tạo thành khuôn cho quy trình đúc. Kim loại nóng chảy được đổ vào khuôn, tại đó nó đông cứng thành bộ phận cần thiết. Đúc mẫu chảy có độ chính xác cao. Nó được sử dụng cho các bộ phận phức tạp đòi hỏi các bộ phận chính xác, chẳng hạn như rôto tăng áp. Nó cũng cung cấp bề mặt hoàn thiện rất tốt.

Mặt khác, quy trình này đắt hơn đúc cát và đúc vỏ. Nó có một số hạn chế về một số tính năng, chẳng hạn như kích thước và độ sâu của lỗ. Đúc mẫu chảy có thể là một thách thức khi thực hiện liên quan đến lõi.

Quy trình đúc khuôn không tiêu hao

Các kỹ thuật đúc này sử dụng khuôn cố định có thể tái sử dụng nhiều lần. Không cần phải chuẩn bị khuôn mới cho mỗi lần đúc, như trường hợp đúc khuôn tiêu hao. Điều này có thể có lợi cho các sản phẩm đúc đòi hỏi bề mặt hoàn thiện mịn, độ chính xác kích thước cao và hình dạng phức tạp.

Các quy trình đúc sau đây có thể được phân loại là không tiêu hao:

Đúc khuôn

Quy trình đúc khuôn sử dụng khuôn kim loại để đúc các kim loại khác. Khuôn thường được làm từ hợp kim không chứa sắt của nhôm, đồng và kẽm, nhưng khuôn kim loại đen cũng được sử dụng.

Khuôn kim loại đắt tiền để sản xuất nhưng chúng có tuổi thọ rất dài. Điều này làm cho đúc khuôn phù hợp hơn với sản xuất khối lượng lớn.

So với các kỹ thuật đúc kim loại khác, đúc khuôn phù hợp hơn với các bộ phận có kích thước nhỏ đến trung bình đòi hỏi bề mặt hoàn thiện chất lượng cao.

Các quy trình đúc khuôn có hai loại chính: đúc khuôn trọng lực và đúc khuôn áp lực. Đúc khuôn trọng lực sử dụng lực hấp dẫn để lấp đầy khuôn bằng kim loại nóng chảy. Các kênh và khoang khuôn được thiết kế theo cách cho phép kim loại chảy tự nhiên vào các túi.

Đúc khuôn áp lực phun kim loại nóng chảy ở áp suất cao để lấp đầy khuôn. Quy trình này mang lại tính linh hoạt cao hơn trong thiết kế khuôn nhưng đắt hơn và đòi hỏi kỹ năng cao hơn.

Đúc khuôn áp lực phù hợp hơn với hình dạng phức tạp, trong khi đúc khuôn trọng lực mang lại giá trị lớn hơn cho các thiết kế đơn giản hơn.

Đúc ly tâm

Đúc ly tâm sử dụng lực ly tâm để đúc các bộ phận hình tròn. Quy trình này thường được sử dụng để tạo ra các sản phẩm đúc có kích thước tiêu chuẩn, chẳng hạn như ống, chứ không phải sản phẩm hoàn thiện.

Vì quy trình này tận dụng trọng lực và áp suất nên nó tạo ra các thiết kế rất tinh xảo với độ chính xác đáng kinh ngạc.

Kim loại nóng chảy được đưa qua tâm và chuyển động quay của khuôn đẩy kim loại ra rìa, tạo thành hình khuyên. Bằng cách thêm nhiều vật liệu khác nhau liên tiếp, có thể sản xuất ống có nhiều lớp. Ví dụ, đúc ly tâm có thể tạo ra ống gang có lớp lót xi măng bên trong để chống ăn mòn và hình thành nốt sần sau đó.

Lực ly tâm cũng có thể đẩy kim loại nóng chảy nhớt vào các khoang cực kỳ mịn. Kim loại có thể được đúc thành các hình dạng phức tạp và tạo thành các thiết kế phức tạp. Do đó, khái niệm này cũng thường được sử dụng để tạo ra đồ trang sức.

Máy đúc có thể nằm ngang hoặc thẳng đứng. Máy nằm ngang phù hợp với các sản phẩm dài như ống, trong khi máy trục đứng phù hợp hơn với các sản phẩm ngắn hơn như ổ trục.

Đúc ly tâm có những ưu điểm như không cần lõi, tạo ra cấu trúc hạt tuyệt vời và không có giới hạn về kích thước như chiều dài, độ dày thành và đường kính.

Đúc ly tâm là giải pháp thay thế tốt nhất cho các ứng dụng cụ thể, chẳng hạn như xi lanh thành mỏng. Tuy nhiên, nó có những nhược điểm như hạn chế về hình dạng, không thể làm việc với đường kính nhỏ hơn và tương thích với hợp kim hạn chế. Các tạp chất tập trung ở tâm và do đó thường được loại bỏ bằng gia công.

Đúc liên tục

Đúc liên tục, còn được gọi là đúc sợi hoặc đúc tấm, tạo ra sản phẩm đúc liên tục có mặt cắt ngang không đổi.

Kim loại nóng chảy từ lò được đổ cẩn thận vào một máng, từ đó kim loại được chuyển đến khuôn làm mát bằng nước có mặt cắt ngang mong muốn. Quá trình làm mát làm tăng tốc độ đông đặc của kim loại nóng chảy.

Trong khi kim loại đông đặc, nó cũng được kéo ra khỏi khuôn thông qua các con lăn, tại đó sản phẩm đúc có thể được làm mát và định hình thêm theo kích thước cuối cùng. Sau khi quá trình đông đặc hoàn tất, sản phẩm đúc được cắt theo kích thước tiêu chuẩn.

Đúc liên tục mang lại tốc độ sản xuất cao, độ chính xác tăng lên, giảm chất thải và cải thiện cấu trúc hạt.

Tuy nhiên, quy trình này đòi hỏi đầu tư ban đầu lớn và sản phẩm cuối cùng có thể có các khuyết tật bên trong và chất lượng bề mặt kém.

Tóm tắt

Đúc kim loại là phương pháp thành thạo và tiết kiệm chi phí để sản xuất các sản phẩm kim loại đáng tin cậy. Phương pháp này cung cấp nhiều quy trình khác nhau. Mỗi quy trình đều có ưu và nhược điểm phù hợp với các ứng dụng cụ thể.

Ví dụ, đúc cát hoàn hảo cho các sản phẩm phức tạp một lần, trong khi đúc khuôn phù hợp hơn khi cần các sản phẩm phức tạp với tốc độ sản xuất cao.

Khuôn dùng trong đúc được phân loại thành khuôn dùng một lần và khuôn không dùng một lần. Khuôn dùng một lần sẽ bị phá hủy sau mỗi lần sử dụng, chẳng hạn như trong đúc cát, trong khi khuôn không dùng một lần thì bền hơn và có thể tồn tại từ vài ngày đến vài năm.

Tính linh hoạt của đúc kim loại khiến nó trở thành kỹ thuật gia công kim loại thiết yếu cho nhiều ngành công nghiệp khác nhau, từ ô tô đến hàng không vũ trụ, đảm bảo độ chính xác cao và sản xuất lặp lại các bộ phận phức tạp.

Tìm thiết bị, vật tư đánh bóng ở đâu uy tín, chất lượng

Hiện nay thiết bị, vật tư đánh bóng được phân phối với nhiều nhà sản xuất và giá cả khác nhau. Nếu bạn cần tìm mua cho mình thiết bị, vật tư đánh bóng hãy liên hệ với chúng tôi theo thông tin bên dưới để nhận được ưu đãi tốt nhất cũng như được tư vấn bởi những kỹ sư đánh bóng của chúng tôi:

Công Ty TNHH Đầu Tư Phát Triển Cuộc Sống

Địa chỉ: 487 Cộng Hòa, Phường 15, Quận Tân Bình, TPHCM, Việt Nam

Điện thoại: 028 3977 8269 / 028 3601 6797

Di động: 0906 988 447

Email: sales@lidinco.com

Xem thêm: Đúc khuôn – Nó là gì, quy trình, các loại và lợi ích