TÓM TẮT NHANH

Một khuôn đúc áp lực là một công cụ độ chính xác cao, có thể tái sử dụng, thường được chế tạo từ hai nửa thép cứng, đóng vai trò trung tâm trong quá trình đúc áp lực. Kim loại nóng chảy được ép vào buồng khuôn dưới áp lực cực lớn, cho phép sản xuất hàng loạt các chi tiết kim loại phức tạp. Phương pháp này nổi tiếng vì tạo ra các bộ phận có độ chính xác kích thước vượt trội và bề mặt nhẵn mịn.

Khuôn Đúc Áp Lực Là Gì? Cơ Chế Cốt Lõi Được Giải Thích

Một khuôn đúc áp lực, còn được gọi là khuôn hoặc dụng cụ tạo hình, là một công cụ sản xuất tinh vi được sử dụng để định hình kim loại nóng chảy theo một hình dạng cụ thể và mong muốn. Về cơ bản, khuôn bao gồm hai nửa chính: "nửa khuôn cố định" (cover die), nằm tĩnh, và "nửa khuôn đẩy phôi" (ejector die), có thể di chuyển. Khi hai nửa này được kẹp chặt với nhau dưới áp suất cao, chúng tạo thành một khoang bên trong là bản sao âm chính xác của chi tiết cần sản xuất. Quá trình này về mặt khái niệm tương tự như khuôn ép phun dùng cho nhựa, nhưng được thiết kế để chịu được nhiệt độ và áp suất cực cao của kim loại nóng chảy.

Hoạt động cơ bản bao gồm việc tiêm một hợp kim kim loại nóng chảy không chứa sắt vào khoang kín này ở tốc độ cao và áp suất lớn. Áp lực này được duy trì trong quá trình đông đặc của kim loại, đảm bảo mọi chi tiết của khoang khuôn đều được điền đầy. Kỹ thuật này rất quan trọng để sản xuất các bộ phận có hình dạng phức tạp và thành mỏng mà khó có thể đạt được bằng các phương pháp đúc khác. Khi kim loại đã nguội và cứng lại, nửa khuôn đẩy sẽ rút lui, và cơ chế đẩy sẽ đẩy sản phẩm đúc hoàn chỉnh ra ngoài.

Việc lựa chọn kim loại là yếu tố then chốt; mặc dù quy trình này phổ biến nhất với các hợp kim không chứa sắt, nhưng không hoàn toàn bị giới hạn chỉ ở những loại đó. Các vật liệu thường được sử dụng nhất trong đúc khuôn bao gồm:

• Hợp kim Nhôm
• Hợp kim kẽm
• Hợp kim magie
• Hợp kim đồng (như đồng thau)

Các vật liệu này mang lại nhiều tính chất khác nhau, từ độ bền nhẹ (nhôm và magiê) đến khả năng chống ăn mòn cao và dễ đúc (kẽm). Theo Fictiv , quy trình này rất lý tưởng cho các dây chuyền sản xuất số lượng lớn nơi yêu cầu sự nhất quán và độ chính xác cao.

Cấu tạo của khuôn đúc áp lực: Các thành phần chính và chức năng

Một khuôn đúc áp lực không đơn thuần chỉ là một khối thép rỗng; đó là một cụm lắp ráp phức tạp gồm nhiều bộ phận được thiết kế chính xác, hoạt động đồng bộ với nhau. Mỗi bộ phận đều đảm nhiệm vai trò quan trọng trong chu kỳ đúc, từ dẫn hướng kim loại nóng chảy đến làm nguội chi tiết và đẩy chi tiết ra một cách sạch sẽ. Việc hiểu rõ các bộ phận này là cần thiết để đánh giá đúng mức độ kỹ thuật đằng sau quy trình. Các thành phần chính bao gồm cơ sở khuôn, nơi giữ tất cả các bộ phận khác, và lòng khuôn, bộ phận tạo hình dạng bên ngoài của chi tiết.

Hành trình của kim loại nóng chảy được điều khiển bởi một hệ thống kênh dẫn. Nó bắt đầu tại ống rót , nơi kim loại đi vào khuôn từ máy đúc. Từ đó, kim loại di chuyển qua người chạy , là các kênh được gia công trên hai nửa khuôn nhằm phân phối kim loại. Cuối cùng, kim loại đi qua van cổng , một khe hẹp dẫn kim loại vào buồng khuôn. Thiết kế hệ thống rãnh dẫn và cổng phun rất quan trọng để kiểm soát tốc độ dòng chảy và áp suất, nhằm ngăn ngừa các khuyết tật.

Bên trong khuôn, lõi tạo hình các đặc điểm bên trong của chi tiết, trong khi hố tạo hình các bề mặt bên ngoài của nó. Để lấy chi tiết hoàn chỉnh ra, hệ thống hệ thống phun , bao gồm các chốt và tấm đẩy, sẽ đẩy vật đúc đã đông đặc ra khỏi khuôn. Đồng thời, một hệ thống làm mát , bao gồm các kênh mà nước hoặc dầu lưu thông qua, điều chỉnh nhiệt độ của khuôn. Việc kiểm soát này rất quan trọng để quản lý thời gian chu kỳ và ngăn hư hại nhiệt cho dụng cụ khuôn. Các rãnh thoát khí cũng được tích hợp để cho phép không khí bị mắc kẹt thoát ra khi kim loại được tiêm vào.

Các loại khuôn và máy đúc áp lực phổ biến

Khuôn đúc áp lực thường được phân loại dựa trên cấu trúc hoặc loại máy mà chúng được thiết kế. Về cấu trúc, chúng có thể là khuôn đơn buồng, tạo ra một chi tiết mỗi chu kỳ, hoặc khuôn đa buồng, tạo ra nhiều chi tiết giống nhau đồng thời để tăng hiệu suất. Tuy nhiên, sự khác biệt quan trọng hơn liên quan đến loại máy móc sử dụng: đúc áp lực buồng nóng và đúc áp lực buồng lạnh.

Đúc áp lực buồng nóng được sử dụng cho các hợp kim có điểm nóng chảy thấp, chẳng hạn như kẽm, thiếc và chì. Trong quá trình này, cơ chế tiêm được ngâm trực tiếp trong bể kim loại nóng chảy bên trong lò. Điều này cho phép thời gian chu kỳ rất nhanh vì không cần vận chuyển kim loại từ một lò nung bên ngoài. Quy trình này được tự động hóa cao và hiệu quả cho sản xuất số lượng lớn các bộ phận nhỏ.

Đúc Áp Lực Buồng Lạnh cần thiết đối với các hợp kim có điểm nóng chảy cao, đáng chú ý nhất là nhôm và magiê. Trong phương pháp này, một lượng chính xác kim loại nóng chảy được múc từ một lò riêng biệt vào một 'buồng lạnh' hoặc ống bắn trước khi được đẩy vào khuôn bằng một pít-tông. Như đã mô tả bởi Wikipedia , sự tách biệt này là cần thiết để tránh làm hư hại các bộ phận tiêm do tiếp xúc kéo dài với kim loại nhiệt độ cao. Mặc dù thời gian chu kỳ chậm hơn so với quy trình buồng nóng, nhưng nó cho phép đúc các bộ phận cấu trúc nhẹ và bền được sử dụng trong ngành ô tô và hàng không vũ trụ.

Quy trình Đúc khuôn áp lực và Các yếu tố cần xem xét trong thiết kế khuôn

Quy trình đúc khuôn là một chu kỳ tự động, hiệu quả cao biến kim loại nóng chảy thành chi tiết hoàn chỉnh trong vài giây. Khuôn là trung tâm của quá trình này, có thể được chia thành nhiều bước chính. Mỗi giai đoạn phải được kiểm soát cẩn thận để đảm bảo chi tiết cuối cùng đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng nghiêm ngặt. Vật liệu dùng để chế tạo khuôn thường là thép công cụ chất lượng cao, được tôi cứng, chẳng hạn như H13, được lựa chọn nhờ khả năng chịu được sốc nhiệt và mài mòn trong hàng trăm nghìn chu kỳ.

Chu kỳ sản xuất tuân theo một trình tự chính xác:

1. Chuẩn bị và kẹp khuôn: Các bề mặt bên trong của khuôn được phun phủ chất bôi trơn để hỗ trợ làm mát và đẩy chi tiết ra. Hai nửa khuôn sau đó được máy đúc kẹp chặt lại với nhau.
2. Tiêm: Kim loại nóng chảy được ép vào lòng khuôn dưới áp lực cao (từ 1.500 đến hơn 25.000 psi). Kim loại điền đầy lòng khuôn một cách nhanh chóng, thường chỉ trong vài miligiây.
3. Làm mát: Kim loại nóng chảy nguội đi và đông đặc trong khuôn được làm mát bằng nước hoặc dầu. Trong giai đoạn này, chi tiết đạt được hình dạng cuối cùng.
4. Tháo ra: Sau khi đông đặc, nửa khuôn di động mở ra và các chốt đẩy sẽ đẩy sản phẩm đúc ra khỏi buồng khuôn.
5. Cắt bỏ rìa: Bước cuối cùng bao gồm việc cắt bỏ bất kỳ vật liệu dư thừa nào, được gọi là ba via, cùng với cổng rót và hệ thống rãnh dẫn, khỏi chi tiết hoàn chỉnh. Việc này thường được thực hiện trong một công đoạn thứ cấp sử dụng khuôn cắt ba via.

Việc sản xuất chi tiết thành công phụ thuộc rất nhiều vào thiết kế ban đầu của khuôn. Các kỹ sư phải tính đến một số yếu tố để đảm bảo chất lượng chi tiết và tối đa hóa tuổi thọ khuôn. Thiết kế đúng là yếu tố thiết yếu để ngăn ngừa các khuyết tật phổ biến như xốp và nứt. Các yếu tố thiết kế chính bao gồm:

• Góc tháo: Các bề mặt song song với hướng mở khuôn được tạo một góc nhỏ (độ thoát) để cho phép chi tiết được đẩy ra mà không bị trượt hay hư hại.
• Góc lượn và bán kính: Các góc trong sắc nhọn được bo tròn để cải thiện dòng chảy kim loại và giảm tập trung ứng suất trong chi tiết cuối cùng.
• Độ dày thành ống: Các thành phần nên đồng đều càng tốt để thúc đẩy quá trình làm nguội đồng nhất và ngăn ngừa cong vênh hoặc dấu lõm.
• Đường phân khuôn: Đường nối nơi hai nửa khuôn gặp nhau phải được đặt cẩn thận để giảm thiểu độ hiển thị trên chi tiết cuối cùng và đơn giản hóa việc cắt bỏ.
• Thông gió: Phải bao gồm các kênh nhỏ để cho phép không khí bị mắc kẹt trong lòng khuôn thoát ra khi kim loại được tiêm vào, ngăn ngừa hiện tượng rỗ khí.

Các câu hỏi thường gặp

1. Sự khác biệt giữa đúc áp lực và các phương pháp đúc khác là gì?

Sự khác biệt chính nằm ở việc sử dụng khuôn thép tái sử dụng (khuôn đúc) và áp dụng áp suất cao. Khác với đúc cát, vốn sử dụng khuôn cát dùng một lần cho mỗi chi tiết, đúc áp lực sử dụng khuôn thép vĩnh cửu cho sản xuất số lượng lớn. So với đúc mẫu chảy hoặc đúc khuôn vĩnh cửu, đúc áp lực ép kim loại vào khuôn dưới áp suất cao hơn đáng kể, cho phép tạo ra các chi tiết có thành mỏng hơn, chi tiết tinh xảo hơn và bề mặt hoàn thiện tốt hơn.

2. Những vật liệu nào được dùng để chế tạo khuôn đúc áp lực?

Khuôn đúc áp lực được làm từ thép công cụ chất lượng cao, chịu nhiệt tốt. Vật liệu phổ biến nhất là thép công cụ H13, được chọn nhờ sự kết hợp vượt trội về độ cứng, độ dẻo dai và khả năng chống mỏi nhiệt. Đối với những khuôn yêu cầu độ bền cao hơn, có thể sử dụng các loại thép cao cấp như thép Maraging. Vật liệu phải đủ khả năng chịu được quá trình thay đổi nhiệt độ lặp đi lặp lại khi được đổ đầy kim loại nóng chảy rồi sau đó làm nguội.

3. Tuổi thọ của một khuôn đúc áp lực kéo dài bao lâu?

Tuổi thọ của một khuôn đúc áp lực, thường được gọi là "tuổi thọ khuôn", thay đổi đáng kể tùy theo nhiều yếu tố. Những yếu tố này bao gồm loại kim loại được đúc (nhôm mài mòn hơn và nóng hơn kẽm), độ phức tạp của chi tiết, thời gian chu kỳ và chất lượng bảo trì. Một khuôn đúc kẽm được bảo trì tốt có thể kéo dài hơn một triệu chu kỳ, trong khi khuôn đúc nhôm có thể kéo dài từ 100.000 đến 150.000 chu kỳ trước khi cần sửa chữa lớn hoặc thay thế.