Đúc kim loại là gì? Các phương pháp và ứng dụng phổ biến

Các công nghệ đúc kim loại hiện nay được áp dụng rộng rãi, với nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau. Vậy bản chất của đúc kim loại là gì? Bài viết dưới đây, Kim Tín Hải sẽ cung cấp cho bạn cái nhìn tổng quan về phương pháp chế tác này.

1. Đúc kim loại là gì?

Đúc kim loại là kỹ thuật sản xuất vật phẩm bằng cách nung chảy kim loại, sau đó rót kim loại ở trạng thái lỏng vào khuôn có hình dáng mong muốn. Sau khi kim loại nguội và đông đặc lại, ta sẽ thu được vật đúc. 

Phương pháp này cho phép tạo ra các chi tiết có cấu trúc phức tạp, từ các bộ phận máy móc, linh kiện ô tô cho đến đồ trang sức và các tác phẩm nghệ thuật, với độ chính xác và hiệu quả cao.

2. Phương pháp đúc kim loại phổ biến

Dưới đây là những phương pháp đúc kim loại thường được sử dụng hiện nay:

2.1. Đúc cát

Đây là một kỹ thuật đúc kim loại đơn giản, có chi phí thấp hơn so với các phương pháp khác. Kỹ thuật này sử dụng cát (pha trộn với chất kết dính như đất sét) làm vật liệu chế tạo khuôn, với khả năng chịu nhiệt tốt. 

Trong quy trình đúc cát, một mẫu hình sẽ được đặt vào trong hộp chứa cát đã được chuẩn bị. Bằng cách nén chặt cát xung quanh mẫu, ta tạo ra một lòng khuôn để rót kim loại nóng chảy vào. Loại cát dùng cho đúc có thể là cát xanh (cát ẩm có đất sét) hoặc cát khô (cát khô trộn với chất kết dính).

2.2.  Đúc mẫu chảy

Phương pháp này sử dụng một mẫu sáp dùng một lần cho mỗi sản phẩm đúc. Sáp được ép vào khuôn, sau đó lấy ra. Tiếp theo, mẫu sáp được bao phủ bởi vật liệu chịu lửa và chất kết dính để hình thành một lớp vỏ dày.

Kỹ thuật này đảm bảo các thành phần được tạo ra với độ chính xác, tính linh hoạt và độ bền cao.

2.3. Đúc khuôn áp lực

Đúc áp lực là phương pháp tạo hình vật liệu bằng cách bơm kim loại nóng chảy vào khuôn dưới một lực ép lớn. Phần lớn các khuôn đúc áp lực được chế tạo từ kim loại màu, đặc biệt là các hợp kim của kẽm, đồng và nhôm. Tuy nhiên, kim loại đen cũng có thể được sử dụng để đúc bằng phương pháp này. 

Quy trình này đặc biệt phù hợp cho những ứng dụng yêu cầu sản xuất số lượng lớn các bộ phận có kích thước vừa và nhỏ, với bề mặt hoàn thiện tốt và độ chính xác kích thước cao.

2.4. Đúc ly tâm

Phương pháp đúc ly tâm áp dụng để tạo ra các chi tiết dạng ống, dài như ống gang, dựa trên nguyên lý sử dụng lực ly tâm sinh ra trong khuôn đang quay. Kim loại nóng chảy được rót vào khuôn và ép chặt vào thành bên trong. Kết quả là tạo ra sản phẩm đúc không có bọt khí.

2.5. Đúc liên tục

Đúc liên tục là một kỹ thuật đúc được cải tiến nhằm sản xuất hàng loạt các cấu kiện kim loại có tiết diện đồng nhất một cách liên tục. Phương pháp này được ưa chuộng vì chi phí sản xuất thấp hơn và chất lượng sản phẩm được nâng cao. 

Các kim loại thường được đúc liên tục bao gồm thép, đồng, nhôm và chì. Trong đó, thép là kim loại có khối lượng lớn nhất được chế tạo bằng kỹ thuật này.

2.6. Đúc áp suất thấp

Trong quy trình này, khuôn được làm đầy kim loại từ lò nung có áp suất thấp, thường ở mức khoảng 0.7 bar. Một trong những lợi ích nổi bật của phương pháp này là khả năng kiểm soát quá trình điền đầy khuôn một cách chính xác. Kim loại nóng chảy di chuyển nhanh và mượt mà qua hệ thống ống dẫn, giúp hạn chế sự hình thành oxit và ngăn ngừa khuyết tật rỗ. 

3. Ưu – nhược điểm khi đúc kim loại

3.1. Ưu điểm

• Khả năng đúc đa dạng kim loại: Có thể gia công hầu hết các loại kim loại như inox, nhôm hợp kim, gang, thép hợp kim, đồng hợp kim và các kim loại, hợp kim có thành phần khác nhau. 
• Chế tạo chi tiết phức tạp: Phương pháp đúc cho phép tạo ra các bộ phận máy móc, kết cấu cơ khí có hình dạng và cấu trúc phức tạp mà các phương pháp gia công khác gặp khó khăn hoặc không thể thực hiện được.
• Tạo hình dạng tinh xảo: Đúc cho phép sản xuất các chi tiết có hình dáng phức tạp, kể cả những cấu trúc có các khoang rỗng bên trong, điều mà các phương pháp khác khó lòng thực hiện.
• Sản xuất chi tiết khổ lớn: Có khả năng chế tạo các bộ phận có kích thước lớn và trọng lượng đáng kể, từ vài gram đến vài tấn, dưới dạng một khối liền mạch.
• Độ chính xác cao: Đặc biệt với các kỹ thuật đúc trong khuôn kim loại, có thể đạt được độ chính xác cao, giảm thiểu đáng kể công đoạn gia công sau đúc.
• Tiết kiệm chi phí: Chi phí đúc thường thấp hơn so với các phương pháp khác, nhất là khi sản xuất số lượng lớn. Các dụng cụ cần thiết cho quy trình đúc cũng có giá thành phải chăng.
• Tái sử dụng khuôn: Khuôn đúc, đặc biệt là khuôn kim loại, có thể sử dụng lại nhiều lần, giúp giảm thiểu lãng phí và chi phí sản xuất.
• Tiết kiệm không gian nhà xưởng: Giảm bớt nhu cầu về thiết bị và diện tích cho việc chế tạo khuôn, nhất là khi áp dụng phương pháp đúc trong khuôn kim loại.
• Độ bền vượt trội: Sản phẩm đúc thường sở hữu khả năng chịu lực kéo, nén và va đập cao, chống chịu tốt trước các tác động mạnh và điều kiện môi trường khắc nghiệt.

3.2. Nhược điểm

• Lãng phí vật liệu cho hệ thống dẫn và bù co ngót: Cần một lượng kim loại nhất định cho hệ thống rót và hệ thống bù co ngót để dẫn kim loại lỏng vào khuôn và bù lại phần kim loại bị co lại trong quá trình đông đặc. Mặc dù lượng kim loại này có thể được tái sử dụng cho các mẻ đúc sau, nhưng quá trình nấu chảy lại sẽ tiêu tốn năng lượng, làm tăng chi phí sản xuất.
• Nguy cơ sản phẩm bị lỗi: Sản phẩm đúc kim loại dễ gặp lỗi như rỗ khí, rỗ co, nứt hoặc rò rỉ do đặc thù quá trình nung chảy – rót khuôn – làm nguội. Khi kim loại thay đổi trạng thái, kích thước cũng biến đổi. Nếu thiết kế khuôn và hệ thống thoát khí không tối ưu hoặc độ dày sản phẩm không đồng đều, các khuyết tật sẽ dễ xuất hiện, làm tăng tỷ lệ sản phẩm lỗi.
• Các thiết bị dùng để phát hiện lỗi bên trong vật đúc có giá thành cao, yêu cầu công nghệ hiện đại (như kiểm tra rò rỉ, phân tích thành phần vật liệu, phát hiện rỗ khí ẩn,…). Điều này đòi hỏi các thiết bị đo siêu âm, máy quét tia X-ray, hệ thống tạo áp suất cao,… với chi phí rất lớn.

4. Quy trình đúc kim loại

Các giai đoạn chính trong quy trình đúc kim loại:

• Chế tạo mẫu: Thực hiện tạo ra một bản sao y hệt của bộ phận cuối cùng bằng các vật liệu như gỗ, kim loại hoặc nhựa.
• Tạo khuôn: Xây dựng một khuôn bao quanh mẫu, hình thành một khoang rỗng có hình dạng tương ứng với sản phẩm mong muốn. Trong trường hợp sản phẩm có cấu trúc rỗng, cần bổ sung thêm “lõi” để định hình phần bên trong.
• Nung chảy và đổ kim loại: Gia nhiệt kim loại đến nhiệt độ cao cho đến khi nó chuyển sang trạng thái lỏng. Sau đó, kim loại nóng chảy được rót vào khuôn đã được làm ấm và làm sạch.
• Làm nguội và đông kết: Giảm nhiệt độ cho kim loại bên trong khuôn. Kim loại sẽ rắn lại, giữ nguyên hình dạng của lòng khuôn.
• Lấy sản phẩm và hoàn thiện bề mặt: Sau khi sản phẩm đã nguội hoàn toàn, mở khuôn để lấy vật đúc. Công đoạn này bao gồm việc loại bỏ các phần thừa (gờ), các mảng vật liệu khuôn còn bám lại và làm sạch bề mặt.
• Kiểm tra và gia công hoàn thiện: Đánh giá chất lượng, kích thước và hình dáng của vật đúc. Nếu đạt yêu cầu, sản phẩm sẽ được hoàn thiện và có thể trải qua các quy trình xử lý bổ sung như nhiệt luyện hoặc gia công cơ khí để đạt được độ chính xác cuối cùng.

5. Ứng dụng trong sản xuất và công nghiệp

Trong ngành sản xuất đồ kim khí, kỹ thuật đúc kim loại được áp dụng rộng rãi để chế tạo các sản phẩm như bản lề cửa, tay nắm tủ, linh kiện máy móc, các bộ phận cơ khí cho ô tô, máy móc công nghiệp,…

Các ứng dụng tiêu biểu bao gồm:

• Trong ngành công nghiệp ô tô: Sản xuất các bộ phận của động cơ, khung gầm xe.
• Trong lĩnh vực xây dựng: Các phụ kiện cửa, bản lề, tay nắm cửa.
• Trong sản xuất máy móc: Các linh kiện cho thiết bị công nghiệp, bánh răng, trục truyền động.

Với sự linh hoạt và hiệu quả cao, đúc kim loại vẫn là một công nghệ cốt lõi trong sản xuất công nghiệp hiện đại.

Qua nội dung trên, hy vọng bạn đã có cái nhìn sâu sắc hơn về khái niệm đúc kim loại là gì, các phương pháp phổ biến, ưu nhược điểm, cùng với các ứng dụng và những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm đúc. Đúc kim loại đóng vai trò nền tảng quan trọng trong ngành sản xuất đồ kim khí, giúp tạo ra đa dạng sản phẩm với hiệu suất cao. 

Nếu bạn đang tìm một đơn vị gia công đúc kim loại, cụ thể là đúc nhôm áp lực theo yêu cầu, hãy cân nhắc lựa chọn Kim Tín Hải. Với hơn 5 năm kinh nghiệm trong lĩnh vực gia công đúc nhôm áp lực theo yêu cầu, Kim Tín Hải đảm bảo mang đến những sản phẩm chất lượng nhất để cả vẻ thẩm mỹ bên ngoài đến chất lượng vật liệu. Liên hệ: 0949 496 403 – 0978 872 757 để được tư vấn.