Đúc khuôn là gì
Đúc khuôn là một quy trình sản xuất được sử dụng để tạo ra các chi tiết kim loại có độ chính xác kích thước và độ hoàn thiện bề mặt cao. Quá trình này bao gồm việc ép kim loại nóng chảy vào khoang khuôn dưới áp suất cao. Khoang khuôn được tạo ra bởi hai khuôn thép tôi cứng được gia công theo hình dạng mong muốn.
Quá trình này bắt đầu bằng việc nung chảy kim loại, thường là nhôm, kẽm hoặc magie, trong lò nung. Kim loại nóng chảy sau đó được phun vào khuôn ở áp suất cao bằng máy ép thủy lực. Kim loại nhanh chóng đông cứng bên trong khuôn, và hai nửa khuôn được mở ra để lấy sản phẩm hoàn thiện ra.
Đúc khuôn được sử dụng rộng rãi để sản xuất các bộ phận có hình dạng phức tạp và thành mỏng, chẳng hạn như khối động cơ, vỏ hộp số và nhiều linh kiện ô tô và hàng không vũ trụ. Quy trình này cũng phổ biến trong sản xuất hàng tiêu dùng, chẳng hạn như đồ chơi, đồ dùng nhà bếp và đồ điện tử.
Đúc khuôn áp lực
Đúc khuôn là một quy trình khá chuyên biệt, phát triển chủ yếu vào thế kỷ 20. Quy trình cơ bản bao gồm: kim loại nóng chảy được rót/phun vào khuôn thép và thông qua áp suất cao, không đổi và tăng cường (trong đúc khuôn áp lực) và làm mát, kim loại nóng chảy đông cứng lại tạo thành vật đúc rắn. Thông thường, bản thân quy trình chỉ mất vài giây và là một cách nhanh chóng để tạo thành sản phẩm kim loại từ nguyên liệu thô. Đúc khuôn phù hợp với các vật liệu như thiếc, chì, kẽm, nhôm, magiê đến hợp kim đồng và thậm chí cả hợp kim sắt như thép không gỉ. Các hợp kim chính được sử dụng ngày nay trong đúc khuôn áp lực là nhôm, kẽm và magiê. Từ những máy đúc khuôn đầu tiên định hướng các công cụ khuôn theo hướng thẳng đứng đến tiêu chuẩn phổ biến hiện nay là định hướng và vận hành theo chiều ngang, bốn giai đoạn căng thanh giằng và quy trình được điều khiển hoàn toàn bằng máy tính, quy trình đã phát triển theo thời gian.
Ngành công nghiệp này đã phát triển thành một cỗ máy sản xuất toàn cầu, tạo ra các linh kiện cho nhiều ứng dụng khác nhau, nhiều trong số đó có thể tự mình tiếp cận được vì ứng dụng sản phẩm đúc khuôn rất đa dạng.
Lợi ích của đúc khuôn áp lực
Một số lợi ích của đúc khuôn áp suất cao:
• Quy trình này phù hợp với sản xuất số lượng lớn.
• Sản xuất các sản phẩm đúc khá phức tạp một cách nhanh chóng so với các quy trình tạo hình kim loại khác (ví dụ: gia công).
• Các thành phần có độ bền cao được sản xuất ở trạng thái đúc (tùy thuộc vào thiết kế thành phần).
• Độ lặp lại kích thước.
• Có thể tạo ra các phần thành mỏng (ví dụ: 1-2,5mm).
• Dung sai tuyến tính tốt (ví dụ: 2mm/m).
• Bề mặt hoàn thiện tốt (ví dụ: 0,5-3 µm).
Quá trình đúc khuôn áp lực buồng nóng bao gồm việc nấu chảy thỏi kim loại trong lò nung được đặt gần/tích hợp với nửa tấm cố định của máy đúc khuôn và phun kim loại nóng chảy qua một pít-tông ngập nước trực tiếp qua cổ ngỗng và vòi phun vào dụng cụ khuôn. Cổ ngỗng và vòi phun cần được gia nhiệt để ngăn kim loại đóng băng trước khi đến khoang khuôn, toàn bộ phần tử gia nhiệt và kim loại nóng chảy của quy trình này là nơi xuất phát tên gọi buồng nóng. Trọng lượng hạt đúc được xác định bởi hành trình, chiều dài và đường kính của pít-tông cũng như kích thước ống lót/buồng và vòi phun cũng đóng một vai trò cần được xem xét khi thiết kế khuôn. Khi kim loại đã đông đặc trong khoang khuôn (chỉ mất vài giây), nửa tấm di động của máy mà nửa khuôn di động được cố định vào sẽ mở ra và vật đúc được đẩy ra khỏi mặt khuôn và được lấy ra khỏi dụng cụ. Sau đó, các mặt khuôn được bôi trơn thông qua hệ thống phun, khuôn đóng lại và quy trình lại tiếp tục.
Nhờ hệ thống phun/nung chảy kim loại "kín" này và chuyển động cơ học tối thiểu, đúc khuôn buồng nóng có thể mang lại hiệu quả kinh tế sản xuất tốt hơn. Hợp kim kẽm chủ yếu được sử dụng trong đúc khuôn áp lực buồng nóng, có điểm nóng chảy khá thấp, mang lại nhiều lợi ích hơn như ít hao mòn máy móc (nồi, cổ ngỗng, ống lót, pít-tông, vòi phun) và ít hao mòn dụng cụ khuôn (do đó tuổi thọ dụng cụ cao hơn so với dụng cụ đúc khuôn nhôm - tùy thuộc vào chất lượng đúc).
Tên gọi buồng lạnh xuất phát từ quá trình rót kim loại nóng chảy vào buồng lạnh/ống phun bi được gắn thông qua tấm khuôn cố định vào mặt sau của dụng cụ khuôn cố định. Lò nung chảy/giữ kim loại nóng chảy thường được đặt càng gần đầu phun bi của máy đúc khuôn càng tốt để người vận hành thủ công hoặc gầu rót tự động có thể lấy kim loại nóng chảy cần thiết cho mỗi lần phun bi/chu kỳ bằng gầu rót và rót kim loại nóng chảy vào lỗ rót bên trong ống phun bi/buồng phun bi. Đầu pít-tông (là bộ phận có thể đeo và thay thế được, được gia công chính xác theo đường kính trong của ống phun bi với dung sai giãn nở nhiệt) được kết nối với thanh đẩy của máy, đẩy kim loại nóng chảy qua buồng phun bi và vào khoang khuôn. Khi được kích hoạt, máy đúc khuôn sẽ thực hiện giai đoạn đầu tiên để đẩy kim loại nóng chảy qua lỗ rót trên ống phun bi. Các giai đoạn tiếp theo diễn ra dưới áp suất thủy lực tăng dần từ thanh đẩy để phun kim loại nóng chảy vào khoang khuôn. Toàn bộ quá trình chỉ mất vài giây, áp suất nhanh và mạnh cùng với nhiệt độ kim loại giảm khiến kim loại đông đặc trong khoang khuôn. Nửa tấm di động của máy đúc khuôn mở ra (mà nửa di động của dụng cụ khuôn được cố định vào) và đẩy vật đúc đã đông đặc ra khỏi mặt khuôn. Vật đúc được lấy ra, mặt khuôn được bôi trơn bằng hệ thống phun và sau đó chu trình được lặp lại.
Máy đúc khuôn buồng lạnh phù hợp cho đúc khuôn nhôm, các bộ phận trên máy (ống đúc phun bi, đầu pít-tông) có thể được thay thế theo thời gian, ống đúc có thể được xử lý kim loại để tăng độ bền. Hợp kim nhôm được nấu chảy trong nồi nấu gốm do nhiệt độ nóng chảy tương đối cao của nhôm và nhu cầu giảm nguy cơ tích tụ sắt, vốn là một nguy cơ thường gặp trong nồi nấu kim loại chứa sắt. Vì nhôm là hợp kim kim loại tương đối nhẹ nên nó có thể đúc các vật đúc khuôn lớn và nặng hoặc khi cần tăng cường độ bền và độ nhẹ trong đúc khuôn.
