Đúc cơ khí, đúc chi tiết máy là một ngành truyền thống tại Việt Nam. Qua các giai đoạn, nhiều phương pháp đúc ra đời nhằm đáp ứng những yêu cầu kỹ thuật khác nhau.
Đúc khuôn cát là một phương pháp đúc rất phổ biến gần như được sử dụng ở hầu hết các xưởng đúc cơ khí hiện nay. Vậy chính xác đúc khuôn cát tươi là gì? Quy trình công nghệ đúc khuôn cát tươi bao gồm những bước nào?
1. Khái niệm đúc trong khuôn cát
Đúc trong khuôn cát (sand casting) là phương pháp đúc sử dụng khuôn làm bằng cát để đúc. Khuôn cát chỉ sử dụng một lần. Tức chỉ rót kim loại lỏng vào khuôn, sau đó để nguội và lấy vật đúc ra khỏi khuôn bằng cách phá khuôn.
2. Tổng quan quy trình đúc trong khuôn cát tươi
Bộ phận kỹ thuật căn cứ theo bản vẽ chi tiết, lập ra bản vẽ đúc. Trong đó có các thông số về mặt phân khuôn, lõi, độc dốc đúc, lượng dư gia công, dung sai, độ co ngót của kim loại khi đông đặc…
Bộ mẫu là một số các mẫu khác nhau như: tấm mẫu, mẫu hệ thống rót, đậu ngót. Mẫu đúc và lõi là hai bộ phận chủ yếu. Hộp lõi dùng để làm lõi nếu có. Mẫu, hộp lõi thường làm bằng chất liệu gỗ.
Khuôn, mẫu, hộp lõi thường làm thành hai nửa lắp lại với nhau bằng các chốt định vị.
Khuôn đúc và lõi được sấy khô để tăng cơ tính và khả năng thông khí.
Bộ phận nấu chảy kim loại phải phối hợp nhịp nhàng với quá trình làm khuôn, lắp ráp khuôn để tiến hành rót kim loại lỏng kịp lúc.
Sau khi kim loại đông đặc, vật đúc được hình thành trong khuôn. Cần tiến hành phá lõi kiểm tra vật đúc thủ công hoặc bằng máy.
3. Chế tạo mẫu và hộp lõi trong công nghệ đúc khuôn cát tươi
3.1. Cấu tạo bộ mẫu
Bao gồm các bộ phận:
- Mẫu để tạo lòng khuôn
- Mẫu của hệ thống đậu rót, đậu hơi
- Tấm mẫu để làm khuôn
3.2. Vật liệu làm mẫu và bộ lõi
- Gỗ (chủ yếu)
- Kim loại: hợp kim nhôm đúc, hợp kim silumin, gang, thép, đồng
- Nhựa
- Làm bằng thạch cao
- Xi măng
3.3. Yêu cầu của bộ mẫu
- Bền, không thấm nước, không co giãn
- Có độ bóng, độ chính xác cao
- Làm mẫu được nhiều lần.
- Dễ gia công
4. Chế tạo vật liệu làm khuôn và lõi
4.1. Yêu cầu kỹ thuật của vật liệu làm khuôn
Độ bền: chịu được tác dụng của ngoại lực trong khi khuôn và lõi không bị phá hủy. Muốn vậy hạt cát phải nhỏ, hàm lượng đất sét và chất dính cao, độ đầm chặt phải phù hợp.
Tính dẻo: khả năng tạo thành lòng khuôn khi lấy mẫu khỏi khuôn. Tính dẻo sẽ tăng lên khi hàm lượng nước chiếm 8%, thành phần đất sét và chất kết dính tăng.
Tính lún (co bóp): khả năng giảm thể tích của hỗn hợp khi có ngoại lực tác dụng.
Tính thông khí: khả năng thoát khí ra ngoài thông qua hỗn hợp, tránh gây hiện tượng rỗ khí trong vật đúc.
Tính bền nhiệt: khả năng làm việc ở nhiệt độ cao mà không nóng chảy, không biến dạng, đảm bảo được hình dáng và kích thước vật đúc.
Độ ẩm: lượng nước trong hỗn hợp không được cao trên 8%, đảm bả độ dẻo và độ bền cần thiết.
Tính bền lâu: khả năng sử dụng lại hỗn hợp nhiều lần mà tính chất hỗn hợp vẫn không thay đổi, vẫn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật.
4.2. Vật liệu làm khuôn và lõi
Cát: thường sử dụng cát núi hoặc cát sông
Đất sét: có đặc tính dẻo, dính khi có lượng nước thích hợp. Khi nung nóng độ bền tăng nhưng giòn, dễ vỡ. Khi rót kim loại ở nhiệt độ cao vào không bị cháy.
Chất kết dính: thường dùng các loại dầu thực vật, nước đường, kiềm sunfat,… Những chất này được cho vào để tăng độ dẻo của hỗn hợp.
Chất phụ gia: được bổ sung vào hỗn hợp để tăng tính lún, thông khí và làm nhẵn bề mặt.
Rơm vụn, mùn cưa, bột than thường được dùng để tăng tính lún, thông khí. Còn để tăng tính nhẵn bóng bề mặt sẽ dùng bột than, bột thạch anh…làm thành lớp sơn khuôn.
4.3. Hỗn hợp làm khuôn
Có hai loại là cát áo và cát đệm.
Cát áo: lớp cát nhỏ mịn, được rắc đều lên vật mẫu mục đích là tạo độ nhẵn bóng cho bề mặt khuôn sau khi lấy vật mẫu ra khỏi khuôn. Nhờ đó vật đúc cũng có độ nhẵn bề mặt cao.
Cát đệm: kích thước lớn hơn cát áo, dùng để điền đầy phần khuôn còn lại. Lớp cát này không tiếp xúc với vật mẫu.
5. Quy trình các bước đúc trong khuôn cát tươi
Sau khi chuẩn bị được vật mẫu và hộp lõi, khuôn đậu rót hơi, vật liệu làm khuôn, kim loại rót, người thợ sẽ tiến hành đúc vật đúc.
Bước 1: Đặt một nửa hòm khuôn lên một mặt phẳng sau đó đặt vật mẫu vào.
Bước 2: Rắc lớp cát áo mỏng lên đều bề mặt vật mẫu.
Bước 3: Tiếp tục rắc thêm cát đệm đến khi điền đầy hòm khuôn. Tiến hành dùng chày đầm thật chặt, tiếp tục cho thêm cát đệm vào và đầm chặt. Sau đó dùng thước thẳng gạt bỏ phần thừa trên mặt khuôn để được mặt phẳng của khuôn.
Bước 4: Lật nửa hòm khuôn lại.
Bước 5: Đặt nửa hòm khuôn trên lên nửa hòm khuôn dưới, dùng chốt định vị hai nửa hòm khuôn.
Bước 6: Đặt khuôn đậu rót, đậu hơi vào để định vị, định vị hệ thống cấp kim loại (hệ thống rót, đậu ngót) và thoát khí (đậu hơi).
Bước 7: Tiếp tục rắc một lớp cát mỏng, đều lên bề mặt còn lại của vật mẫu.
Bước 8: Tiếp tục rắc thêm cát đệm đến khi điền đầy hòm khuôn ta và dùng chày đầm thật chặt. Tạo rãnh xung quanh lỗ rót, lỗ thông hơi để rút ống rót và ống thông hơi dễ dàng. Chú ý phải xăm các lỗ nhỏ trên mặt hòm khuôn để thông hơi được dễ dàng.
Bước 9: Tháo chốt định vị và tháo nửa hòm khuôn ra. Tiến hành tạo rãnh để dẫn kim loại lỏng từ lỗ rót vào khuôn.
Bước 10: Rút vật mẫu ra khỏi hòm khuôn.
Bước 11: Ráp hai nửa hòm khuôn lại và dùng chốt định vị hai nửa hòm khuôn lại.
Khi kết thúc bước 11, chúng ta đã hoàn thiện bước làm khuôn đúc. Trên đây là quy trình làm khuôn đúc 2 nửa khuôn.Thực tế còn có nhiều phương pháp làm khuôn khác, và quy trình cũng không giống nhau. Tìm hiểu thêm ở bài viết: Chi tiết các bước làm khuôn đúc thuộc 3 phương pháp khác nhau
Bước 12: Rót kim loại lỏng sau khi nung nóng chảy vào khuôn tại lỗ rót. Chú ý rót từ từ để kim loại không chảy ra ngoài và không tạo rỗ khí.
Bước 13: Đợi kim loại nguội. Sau đó tháo chốt định vị và lấy vật ra tiếp tục để nguội.
Cuối cùng đem sản phẩm sau khi đúc đi gia công đậu ngót, đậu rót, lượng dư gia công để có sản phẩm mong muốn đạt yêu cầu kỹ thuật.
