Đúc là gì? Các phương pháp đúc phổ biến và ưu nhược điểm

Đúc là một kỹ thuật gia công trong sản xuất hiện đại. Vậy đúc là gì? Có những phương pháp đúc nào? Quy trình chế tạo sản phẩm cơ bản bằng phương pháp đúc như thế nào? Cùng Kim Tin Hải tìm hiểu chi tiết trong bài viết sau đây.

1. Đúc là gì?

Đúc là quy trình tạo hình sản phẩm bằng cách làm nóng chảy vật liệu, sau đó đưa vật liệu ở dạng lỏng vào một khuôn có hình dáng mong muốn và chờ cho vật liệu đông đặc lại. 

Phương pháp này thường được áp dụng để chế tạo các vật có cấu trúc phức tạp mà các phương pháp khác khó thực hiện hoặc tốn kém, nhất là đối với các chi tiết bằng kim loại.

2. Ưu nhược điểm của phương pháp đúc

2.1. Ưu điểm

• Đúc cho phép chế tạo từ nhiều loại vật liệu khác nhau, phổ biến là gang, thép, kim loại màu và các hợp kim của chúng, với trọng lượng dao động từ vài gram đến hàng trăm tấn.
• Có thể tạo ra các vật đúc với hình dạng và kết cấu cực kỳ phức tạp, như bộ phận thân máy công cụ hay vỏ động cơ, mà các kỹ thuật chế tạo khác gặp khó khăn hoặc không thể thực hiện được.
• Mặc dù độ chính xác về hình dạng, kích thước và độ bóng ban đầu không cao, nhưng với các kỹ thuật đúc chuyên biệt, độ chính xác có thể đạt tới 0,001mm và độ nhẵn bề mặt là 1,25mm.
• Cho phép đúc nhiều loại kim loại khác nhau trong cùng một sản phẩm.
• Có khả năng ứng dụng cơ khí hóa và tự động hóa.
• Chi phí sản xuất vật đúc thấp, tính linh hoạt cao trong sản xuất và năng suất vượt trội.

2.2. Nhược điểm

• Tốn kém vật liệu cho hệ thống dẫn liệu.
• Dễ phát sinh nhiều lỗi như thiếu hụt, rỗ khí, dẫn đến tỷ lệ phế phẩm tương đối cao.
• Việc kiểm tra các khuyết tật bên trong vật đúc đòi hỏi trang thiết bị hiện đại.

3. Các phương pháp đúc phổ biến

3.1. Đúc cát

Quy trình đúc này dựa vào việc sử dụng khuôn chế tạo từ vật liệu cát, kết hợp với các thành phần phụ trợ như chất kết dính, phụ gia và lớp phủ khuôn. Cát dùng có thể là cát tự nhiên hoặc cát nhân tạo. Các loại cát thường gặp bao gồm cát silic, cát olivin, cát cromit, cát zircon và cát chamotte. 

Khuôn được chia làm 2 phần chính: phần trên gọi là “cope” và phần dưới gọi là “drag”. Kim loại nóng chảy được rót vào khuôn và chờ nguội để định hình sản phẩm. Sau khi kim loại đông đặc, khuôn sẽ được mở ra và các phần kim loại thừa sẽ được loại bỏ để hoàn thiện sản phẩm cuối cùng. 

Lưu ý rằng khuôn cát chỉ có thể sử dụng một lần duy nhất. 

3.2. Đúc áp lực

Đúc áp lực là kỹ thuật đúc kim loại dưới điều kiện tốc độ và áp suất cao. Phương pháp này chủ yếu áp dụng cho các kim loại màu như kẽm, thiếc, đồng và nhôm. Áp suất cao được duy trì liên tục trong suốt quá trình bơm kim loại lỏng để ngăn chặn sự đông đặc sớm. Khuôn đúc áp lực được phủ một lớp chất bôi trơn, cho phép tái sử dụng nhiều lần sau khi lấy vật đúc ra. 

Có 2 biến thể của đúc áp lực: đúc áp lực thấp và đúc áp lực cao. 

Đúc áp lực cao thường được ưu tiên cho các sản phẩm có hình dáng phức tạp và yêu cầu độ chính xác cao. 

Ngược lại, đúc áp lực thấp phù hợp hơn với các bộ phận có kích thước lớn và cấu tạo đơn giản. 

3.3. Đúc trọng lực

Trong quy trình này, kim loại nóng chảy được đưa trực tiếp vào khuôn dưới tác động của lực hấp dẫn. Sản phẩm được hình thành khi kim loại nguội và đông cứng bên trong khuôn. Quá trình đúc trọng lực hoạt động theo nguyên lý điền đầy khuôn từ dưới lên, mà không sử dụng đến áp suất khí, chân không hay lực ly tâm. 

Khuôn đúc thường làm bằng thép hoặc than chì, có thể tái sử dụng nhiều lần và thiết kế theo chiều dọc, ngang hoặc có thể nghiêng để điều chỉnh dòng chảy, giúp kim loại điền đầy khuôn tốt hơn.

Phương pháp này phù hợp với nhiều vật liệu như nhôm, kẽm, magie, đồng thau, chì và gang. So với đúc khuôn cát, đúc trọng lực giúp hạn chế oxy hóa, giảm rỗ khí và tạp chất, từ đó tạo ra sản phẩm có tính cơ học tốt hơn.

3.4. Đúc mẫu chảy

Đúc mẫu chảy là phương pháp dùng mẫu sáp có hình dạng giống sản phẩm thật để tạo khuôn bằng vật liệu chịu nhiệt. Khi nung nóng, mẫu sáp chảy ra, để lại lòng khuôn rỗng. Sau đó, kim loại nóng chảy được rót vào để tạo thành sản phẩm. Khuôn đúc mẫu chảy chỉ sử dụng được một lần, tuy nhiên, vật liệu sáp dùng để tạo mẫu có thể được tái chế để sản xuất các mẫu mới. 

Đúc mẫu chảy là một kỹ thuật tốn kém, đòi hỏi nhiều bước thực hiện và nhân lực. 

3.5. Đúc khuôn thạch cao

Quy trình này có nét tương đồng với đúc cát, điểm khác biệt nằm ở việc khuôn được chế tạo từ hỗn hợp thạch cao. Nhờ đặc tính dẫn nhiệt và nhiệt dung thấp của thạch cao, kim loại nguội chậm hơn so với khuôn cát, cho phép đạt được độ chính xác cao, đặc biệt với các chi tiết có tiết diện mỏng. Tuy nhiên, phương pháp này không thích hợp cho các vật liệu có nhiệt độ nóng chảy cao như sắt thép.

Khuôn đúc thạch cao có thể dùng để sản xuất các vật đúc nhỏ chỉ khoảng 30 gram, hoặc các vật đúc lớn lên đến 45kg. Các sản phẩm có thành mỏng chỉ khoảng 1mm cũng phù hợp với kỹ thuật đúc dùng khuôn thạch cao này.

3.6. Đúc ly tâm

Đúc ly tâm là kỹ thuật dùng lực ly tâm để dàn đều kim loại nóng chảy lên thành khuôn, thường được áp dụng cho việc sản xuất các bộ phận hình trụ hoặc có trục đối xứng. Quy trình đúc ly tâm sử dụng khuôn quay được gia nhiệt trước, kim loại nóng chảy sẽ được rót vào và lực ly tâm sẽ giúp phân bổ kim loại một cách đồng nhất trong khuôn dưới áp suất cao.

Có 3 biến thể của phương pháp đúc ly tâm: 

• Đúc ly tâm đứng
• Đúc ly tâm ngang
• Đúc ly tâm trong môi trường chân không

Trong quy trình đúc ly tâm, việc rót kim loại vào trung tâm khuôn giúp hạn chế các khuyết tật như lỗ thoát khí, co ngót và bọt khí. Tuy nhiên, phương pháp này không áp dụng được cho mọi loại hợp kim kim loại.

3.7. Đúc liên tục

Trong quy trình đúc liên tục, kim loại nóng chảy được rót với tốc độ thích hợp vào một khuôn hở, được làm mát bằng nước để kim loại nguội và đông đặc từ ngoài vào trong. Sau đó, các sản phẩm được cắt thành các đoạn có chiều dài xác định.

Nhìn chung, các sản phẩm được tạo ra bằng phương pháp đúc liên tục có tính đồng nhất, ổn định và đặc. Tuy nhiên, nó cũng có những hạn chế về ứng dụng, chủ yếu được sử dụng rộng rãi trong ngành sản xuất gang thép.

4. Các bước cơ bản của các quy trình đúc khác nhau

Dù tồn tại nhiều phương pháp đúc khác nhau, phần lớn chúng đều trải qua các giai đoạn cơ bản tương tự nhau:

4.1. Chế tạo mẫu

Mẫu đóng vai trò quyết định hình dạng của lòng khuôn. Các vật liệu phổ biến để làm mẫu bao gồm sáp, xốp, cát, nhựa, hoặc thậm chí là gỗ. Ngày nay, với sự phát triển của công nghệ hiện đại, mẫu có thể được sản xuất bằng kỹ thuật in 3D.

4.2. Lựa chọn hợp kim kim loại

Việc chọn lựa hợp kim kim loại phù hợp sẽ phụ thuộc vào mục đích sử dụng thực tế. Loại kim loại được chọn cũng sẽ ảnh hưởng đến phương pháp đúc nào là thích hợp nhất cho mẫu và kim loại đó. 

Các quy trình đúc thường được phân loại dựa trên hợp kim đen chứa sắt và kim loại màu, do sự khác biệt về tính chất cơ học và nhiệt độ nóng chảy của chúng.

4.3. Chế tạo khuôn

Sau khi đã có mẫu và quyết định phương pháp đúc, bước tiếp theo là chế tạo khuôn. Các loại khuôn dùng một lần có thể được làm từ cát, thạch cao hoặc gốm. Mỗi phương pháp đúc sẽ có những kỹ thuật chế tạo khuôn riêng biệt.

4.4. Làm nóng chảy kim loại và rót vào khuôn

Hợp kim kim loại ở dạng rắn cần được nung nóng chảy trước khi rót vào khuôn. Đây là một khâu then chốt để phân biệt kỹ thuật đúc với các phương pháp gia công khác. 

Tùy thuộc vào quy mô sản xuất, kích thước của chi tiết cần đúc và phương pháp đúc được áp dụng, quy trình rót kim loại nóng chảy vào khuôn sẽ được thực hiện một cách tương ứng.

4.5. Hoàn thiện sản phẩm 

Khi sản phẩm đã nguội và đông đặc hoàn toàn, chúng sẽ được lấy ra khỏi khuôn. Sau đó, các công đoạn gia công tiếp theo sẽ được tiến hành để hoàn thiện bề mặt sản phẩm. Quá trình này có thể bao gồm các kỹ thuật như phay, tiện, cắt, mài, đánh bóng,…

Đúc là một trong những kỹ thuật chế tạo quan trọng bậc nhất trong lĩnh vực cơ khí, cho phép tạo ra các bộ phận với độ chính xác và độ bền cao. Hiểu rõ đúc là gì và đặc điểm của từng phương pháp sẽ giúp bạn chọn được kỹ thuật phù hợp, tối ưu chi phí và đảm bảo chất lượng sản phẩm trong quá trình sản xuất cơ khí.

Nếu bạn đang tìm kiếm đơn vị gia công nhôm đúc áp lực uy tín, đừng ngần ngại liên hệ với Kim Tín Hải 0949 496 403 – 0978 872 757 để nhận được sự tư vấn chi tiết và báo giá!