TÓM TẮT NHANH

Các vệt dòng chảy trên bề mặt đúc khuôn là những đường, vạch hoặc hoa văn nhìn thấy được, cho thấy sự chảy không đồng nhất của kim loại nóng chảy trong quá trình điền đầy khuôn. Nguyên nhân chủ yếu là do đông đặc sớm do các yếu tố như nhiệt độ khuôn thấp, tốc độ điền đầy không phù hợp hoặc thiết kế khuôn bị lỗi. Việc khắc phục các khuyết tật này đòi hỏi phải điều chỉnh hệ thống thông số quy trình, tối ưu hóa nhiệt độ khuôn và cải thiện hệ thống rót để đảm bảo quá trình điền đầy buồng khuôn được trơn tru và đồng đều.

Hiểu về các vệt dòng chảy: Định nghĩa và nhận dạng bằng hình ảnh

Trong quá trình đúc khuôn, việc đạt được độ hoàn thiện bề mặt không tì vết là mục tiêu hàng đầu. Tuy nhiên, nhiều khuyết tật có thể phát sinh, trong đó vệt chảy là một trong những loại phổ biến nhất. Vệt chảy, đôi khi gọi là vạch chảy, là các khuyết tật bề mặt xuất hiện dưới dạng các đường, vệt hoặc gân không theo hướng nhất định. Những hoa văn này, có thể giống như bản đồ địa lý, ghi lại hành trình mà kim loại nóng chảy đi qua khi lấp đầy buồng khuôn. Mặc dù chúng thường chỉ là khuyết tật trên bề mặt, nhưng chúng thường dễ nhìn thấy và có thể cảm nhận được bằng tay, cho thấy sự bất thường trên lớp vỏ của sản phẩm đúc.

Sự hình thành các vệt chảy là vấn đề liên quan đến động lực học nhiệt và cơ học chất lỏng. Chúng xuất hiện khi các dòng kim loại nóng chảy khác nhau trong khuôn không hợp nhất hoàn toàn. Điều này xảy ra vì một phần kim loại lỏng đông đặc quá sớm trong khi phần còn lại vẫn đang tiếp tục chảy. Khi kim loại còn nóng chảy tiếp tục tràn qua những vùng đã đông đặc một phần này, nó tạo ra các mối nối không hoàn chỉnh và những đường nét nhìn thấy được trên bề mặt. Đây không phải là các vết nứt mà là dấu hiệu của quá trình điền đầy bị xáo trộn hoặc gián đoạn, nơi các mặt trước của kim loại không hòa lẫn liền mạch.

Nhận diện bằng mắt thường các vệt chảy là bước đầu tiên để chẩn đoán vấn đề. Các kỹ thuật viên kiểm soát chất lượng sẽ tìm kiếm những đặc điểm cụ thể để phân biệt chúng với các khuyết tật khác. Các chỉ báo trực quan chính bao gồm:

• Vệt hoặc Đường nét: Dạng phổ biến nhất là những đường nét mịn, hơi uốn lượn, khác biệt so với kết cấu của kim loại nền.
• Các mẫu không theo hướng: Khác với vết xước, có hướng rõ ràng, các vệt dòng chảy thường xuất hiện dưới dạng các hoa văn xoáy hoặc uốn lượn.
• Biến đổi màu sắc: Các vệt này có thể có sắc độ hoặc độ bóng hơi khác so với bề mặt xung quanh.
• Địa điểm: Chúng thường xuất hiện quanh cổng phun hoặc nơi các dòng kim loại nóng chảy gặp nhau.

Việc phân biệt các vệt dòng chảy với các khuyết tật khác như vết nứt nhiệt là rất quan trọng. Các vết nứt nhiệt là những vết nứt nhỏ trên bề mặt sản phẩm đúc, do mỏi nhiệt gây ra trong khuôn, chứ không phải do vấn đề về dòng chảy kim loại trong một chu kỳ đúc. Việc hiểu rõ sự khác biệt này là cần thiết để áp dụng các biện pháp khắc phục chính xác.

Nguyên nhân gốc rễ của các vệt dòng chảy trong quá trình đúc khuôn

Các vệt chảy không phải do một vấn đề đơn lẻ gây ra mà là do sự kết hợp của nhiều yếu tố liên quan đến thông số quy trình, thiết kế khuôn và xử lý vật liệu. Việc chẩn đoán kỹ lưỡng đòi hỏi phải xem xét toàn bộ quá trình đúc áp lực. Nguyên nhân chính phát sinh từ những điều kiện thúc đẩy hiện tượng làm nguội sớm hoặc không đều của hợp kim nóng chảy khi nó điền đầy vào buồng khuôn.

Một trong những yếu tố quan trọng nhất là nhiệt độ—cả nhiệt độ khuôn và kim loại nóng chảy. Nhiệt độ khuôn thấp là nguyên nhân phổ biến; ví dụ, nhiệt độ dưới 180°C đối với hợp kim nhôm hoặc 90°C đối với hợp kim kẽm có thể khiến kim loại bị nguội quá nhanh ngay khi tiếp xúc với thành khuôn. Tương tự, nếu bản thân kim loại nóng chảy không ở nhiệt độ tối ưu, độ nhớt của nó sẽ tăng lên, cản trở dòng chảy mượt mà và ngăn các mặt sóng riêng biệt hòa nhập đúng cách. Điều này dẫn đến các vệt và đường nét đặc trưng trên sản phẩm cuối cùng.

Động lực học của quá trình kim loại được bơm vào khuôn cũng quan trọng không kém. Tốc độ điền đầy không đúng có thể làm gián đoạn quá trình. Nếu tốc độ quá chậm, kim loại sẽ có quá nhiều thời gian để nguội trước khi buồng khuôn đầy, dẫn đến hiện tượng tắt nguội và các vệt dòng chảy. Ngược lại, nếu tốc độ quá cao, nó có thể gây ra xáo trộn, làm giữ lại không khí và ngăn cản dòng chảy tầng, điều này cũng dẫn đến các khuyết tật bề mặt. Mục tiêu là làm đầy buồng khuôn nhanh nhất có thể mà không gây ra xáo trộn, một sự cân bằng tinh tế đòi hỏi phải kiểm soát chính xác.

Bên cạnh các thông số quy trình, thiết kế vật lý của khuôn và các thành phần của nó đóng vai trò nền tảng. Hệ thống rót và kênh dẫn được thiết kế kém là nguyên nhân phổ biến gây ra các vấn đề về dòng chảy. Cổng rót quá nhỏ hoặc đặt không đúng vị trí có thể cản trở dòng chảy hoặc tạo thành tia, trong khi các góc nhọn trong hệ thống kênh dẫn có thể gây xáo trộn dòng chảy. Hơn nữa, việc thoát khí không đầy đủ sẽ ngăn không cho không khí và khí bị mắc kẹt thoát ra khỏi buồng khuôn khi kim loại đi vào. Không khí bị giữ lại này hoạt động như một rào cản, làm gián đoạn đường đi của kim loại và dẫn đến các khuyết tật trên bề mặt. Cuối cùng, việc sử dụng các chất tách khuôn hoặc lớp phủ phải được kiểm soát cẩn thận. Lớp phủ quá nhiều hoặc được phủ không đều có thể cản trở dòng chảy của kim loại và ảnh hưởng đến nhiệt độ bề mặt của khuôn, góp phần hình thành các vệt chảy.

Các Giải Pháp Đã Được Chứng Minh và Chiến Lược Phòng Ngừa

Việc loại bỏ hiệu quả các vết chảy đòi hỏi một phương pháp hệ thống nhằm giải quyết các nguyên nhân gốc rễ được xác định trong giai đoạn chẩn đoán. Các giải pháp bao gồm điều chỉnh thông số quy trình, thực hiện các sửa đổi khuôn tiềm năng và áp dụng các chiến lược thiết kế phòng ngừa. Những thay đổi mang lại hiệu quả nhanh nhất và thường xuyên nhất là điều chỉnh các cài đặt của máy móc.

Hàng rào đầu tiên là tối ưu hóa nhiệt độ. Tăng nhiệt độ khuôn để đảm bảo kim loại nóng chảy duy trì trạng thái lỏng lâu hơn, cho phép các mặt sóng dòng chảy khác nhau hợp nhất liền mạch trước khi đông đặc. Như đã được khuyến nghị bởi các nguồn như Minghe Casting , duy trì nhiệt độ trên 180°C đối với nhôm và trong khoảng 90-150°C đối với kẽm là điểm khởi đầu tốt. Việc điều chỉnh nhiệt độ kim loại nóng chảy cũng có thể cải thiện độ chảy loãng. Cùng với nhiệt độ, tối ưu hóa tốc độ điền đầy là yếu tố then chốt. Điều này bao gồm việc tìm ra tốc độ tiêm phù hợp để đảm bảo buồng khuôn được điền đầy hoàn toàn trước khi bất kỳ phần nào của kim loại đông đặc, mà không gây xáo trộn quá mức. Tinh chỉnh các thông số này thường là một quá trình lặp lại để tìm ra sự cân bằng tối ưu cho một chi tiết và khuôn cụ thể.

Nếu việc điều chỉnh các thông số quy trình là chưa đủ, cần phải chuyển trọng tâm sang bản thân khuôn. Thiết kế hệ thống cấp liệu là yếu tố hàng đầu. Việc này có thể bao gồm việc điều chỉnh diện tích mặt cắt hoặc vị trí cổng để cải thiện trạng thái dòng chảy của kim loại khi đi vào lòng khuôn. Mở rộng rãnh tràn và cải thiện hệ thống thoát khí cũng có thể tạo đường thoát cho không khí bị mắc kẹt và kim loại nguội hơn, đảm bảo quá trình điền đầy đồng đều hơn. Ngoài ra, việc sử dụng chất tách khuôn cần được kiểm soát cẩn thận để lớp phủ mỏng và đồng đều, tránh làm cản trở dòng chảy của kim loại. Bảng dưới đây tóm tắt cách tiếp cận giải quyết vấn đề:

Để phòng ngừa lâu dài, đặc biệt là trong quá trình phát triển các bộ phận mới, công nghệ hiện đại cung cấp các công cụ mạnh mẽ. Sử dụng phần mềm mô phỏng dòng chảy khuôn trong giai đoạn thiết kế là một biện pháp phòng ngừa hiệu quả cao. Như các chuyên gia tại Bruschi , các chương trình này có thể dự đoán cách kim loại sẽ chảy qua khuôn, xác định các khu vực có thể gặp vấn đề mà dấu vết chảy có thể xảy ra trước khi cắt bất kỳ thép nào. Điều này cho phép các kỹ sư tối ưu hóa hệ thống cửa, chạy và làm mát gần như, tiết kiệm thời gian và chi phí đáng kể bằng cách ngăn ngừa các khiếm khuyết ngay từ đầu.

Tác động của thiết kế khuôn và lựa chọn vật liệu đối với dấu chảy

Mặc dù người vận hành có thể điều chỉnh các thông số quy trình trên sàn nhà máy, nhưng những giải pháp hiệu quả nhất để ngăn ngừa các vệt chảy thường được tích hợp ngay từ thiết kế ban đầu của khuôn và việc lựa chọn hợp kim đúc. Những yếu tố nền tảng này quy định các điều kiện cơ bản mà kim loại nóng chảy chảy vào và đông đặc, do đó rất quan trọng để đạt được bề mặt hoàn thiện chất lượng cao một cách ổn định.

Một khuôn mẫu được thiết kế tốt là nền tảng cho sản phẩm đúc không khuyết tật. Hệ thống rót bao gồm ống rót, rãnh dẫn và cổng rót phải được thiết kế để đưa kim loại nóng chảy vào buồng khuôn một cách kiểm soát và không gây xáo động. Các phương pháp thiết kế khuôn tốt nhất, như được nêu bật trong các tài liệu tham khảo như Prototool , nhấn mạnh các chuyển tiếp mượt mà, các kênh có kích thước phù hợp và vị trí cổng góp thúc đẩy kiểu điền đầy đồng đều. Hệ thống thoát khí và tràn cũng quan trọng không kém. Các khe thoát khí là những kênh nhỏ cho phép không khí bị mắc kẹt trong lòng khuôn thoát ra khi kim loại đi vào. Nếu không có hệ thống thoát khí đầy đủ, lượng không khí bị mắc kẹt này có thể gây ra áp lực ngược, làm gián đoạn dòng chảy và dẫn đến các khuyết tật như vệt chảy và rỗ xốp.

Việc lựa chọn vật liệu cũng đóng một vai trò tinh tế nhưng quan trọng. Các hợp kim đúc áp lực khác nhau, chẳng hạn như kẽm (Zamak) so với nhôm (ví dụ: A380), có các đặc tính nhiệt và dòng chảy riêng biệt. Hợp kim kẽm thường có điểm nóng chảy thấp hơn và độ chảy tốt hơn, điều này có thể khiến chúng dễ xử lý hơn trong một số trường hợp nhất định. Tuy nhiên, mỗi loại hợp kim đều có dải nhiệt độ, áp suất và tốc độ đúc lý tưởng riêng. Việc hiểu rõ các đặc tính này là rất cần thiết để điều chỉnh cả thiết kế khuôn lẫn các thông số quy trình nhằm ngăn ngừa các khuyết tật liên quan đến dòng chảy. Thành phần hóa học của hợp kim, bao gồm hàm lượng silicon hoặc magiê, cũng có thể ảnh hưởng đến hành vi đông đặc và mức độ nhạy cảm với một số khuyết tật nhất định.

Cuối cùng, việc ngăn ngừa các khuyết tật bề mặt chính là đảm bảo kỹ thuật chính xác từ đầu đến cuối. Nguyên tắc này không chỉ giới hạn trong lĩnh vực đúc khuôn mà còn mở rộng sang các phương pháp sản xuất hiệu suất cao khác. Ví dụ, trong lĩnh vực linh kiện ô tô, các quy trình như rèn nóng cũng đòi hỏi phải kiểm soát chặt chẽ dòng chảy vật liệu để đảm bảo độ bền cấu trúc và bề mặt hoàn hảo. Các công ty chuyên về sản xuất chính xác, chẳng hạn như Công nghệ kim loại Shaoyi (Ningbo) , xây dựng danh tiếng của họ dựa trên việc làm chủ những quy trình phức tạp này cho các ứng dụng then chốt như các bộ phận rèn ô tô, nơi chất lượng là yếu tố bắt buộc. Việc sử dụng mô phỏng tiên tiến, thiết kế khuôn nội bộ và kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt là những dấu hiệu thể hiện cam kết sản xuất các thành phần không có khuyết tật, dù là đúc hay rèn.

Các câu hỏi thường gặp

1. Các vết nứt do nhiệt trong quá trình đúc áp lực là gì?

Các vết nứt do nhiệt là những dấu hiệu nhỏ dạng mạng nhện xuất hiện trên bề mặt chi tiết đúc áp lực. Không giống như các vệt chảy, vốn được gây ra bởi vấn đề về dòng chảy kim loại nóng chảy trong một lần đúc đơn lẻ, hiện tượng nứt do nhiệt là kết quả của sự mỏi nhiệt trong chính thép khuôn. Sau nhiều chu kỳ gia nhiệt và làm nguội, bề mặt khuôn phát sinh các vết nứt, sau đó được truyền sang bề mặt của mọi chi tiết đúc từ khuôn đó. Đây là dấu hiệu cho thấy khuôn bị mài mòn, chứ không phải do thông số quy trình.

2. Cách khắc phục vệt chảy trong quá trình ép phun?

Mặc dù bài viết này tập trung vào đúc áp lực, nhưng vệt chảy cũng xảy ra trong ép phun nhựa vì những lý do tương tự. Các giải pháp về cơ bản tương đồng: tăng nhiệt độ khuôn và nhựa nóng chảy để cải thiện dòng chảy, tối ưu hóa tốc độ và áp suất phun nhằm đảm bảo khuôn được điền đầy đều, và điều chỉnh thiết kế khuôn bằng cách mở rộng cổng phun hoặc hệ thống dẫn. Việc tăng áp suất ngược cũng có thể giúp đảm bảo vật liệu được nén đều, ngăn ngừa các khuyết tật liên quan đến dòng chảy.