TÓM TẮT NHANH

Trong khuôn đúc áp lực, thiết kế hệ thống dẫn và cổng rót là một lĩnh vực kỹ thuật quan trọng quyết định chất lượng của chi tiết cuối cùng. Các kênh dẫn (runner) là những rãnh phân phối kim loại nóng chảy từ ống rót (sprue), trong khi các cổng rót (gate) là những lỗ mở được tính toán cẩn thận để kiểm soát cách kim loại đi vào buồng khuôn. Một hệ thống cấp liệu được thiết kế chính xác là yếu tố thiết yếu để điều chỉnh vận tốc dòng chảy, giảm thiểu xáo trộn, hạn chế thất thoát nhiệt và ngăn ngừa các khuyết tật như rỗ khí hay hiện tượng nguội không đều, từ đó đảm bảo sản xuất ra các bộ phận đặc chắc và có độ bền cao.

Các nguyên lý cơ bản của hệ thống cấp liệu: Định nghĩa về kênh dẫn, cổng rót và ống rót

Thành công của bất kỳ quá trình đúc khuôn nào cũng bắt đầu từ việc hiểu rõ hệ thống cấp liệu của nó. Mạng lưới các kênh này, được gọi là hệ thống rót, có nhiệm vụ vận chuyển kim loại nóng chảy từ máy đúc vào buồng khuôn dưới áp lực lớn và với tốc độ cao. Các thành phần chính của hệ thống — cổng rót (sprue), rãnh dẫn (runner) và cổng vào (gate) — mỗi bộ phận đều đảm nhận một vai trò riêng biệt và thiết yếu để đảm bảo sản phẩm cuối cùng không bị khuyết tật. Việc hiểu sai chức năng của chúng sẽ dẫn trực tiếp đến thất bại trong sản xuất.

Hành trình của kim loại nóng chảy bắt đầu tại ống rót đây là kênh ban đầu, thường có dạng hình nón, nơi kim loại được phun vào khuôn từ vòi phun của máy. Theo phân tích từ Deco Products , bạc lót cổng rót tạo ra một mối kín quan trọng giúp giảm thiểu tổn thất áp suất và khởi động dòng chảy cân bằng. Từ cổng rót, kim loại chuyển sang người chạy bộ , một hệ thống các kênh nằm ngang được thiết kế để phân phối hợp kim nóng chảy về phía buồng chi tiết. Như được mô tả chi tiết bởi CEX Casting , chức năng chính của rãnh dẫn là phân phối đều dòng chảy, đặc biệt trong các khuôn nhiều lòng, đảm bảo mỗi lòng được điền đầy một cách đồng đều.

Cuối cùng, kim loại nóng chảy đi qua van cổng , khe hở chính xác nối rãnh dẫn với lòng chi tiết. Cổng rót là điểm kiểm soát cuối cùng và thiết kế của nó ảnh hưởng trực tiếp nhất đến chất lượng vật đúc. Cổng rót tăng tốc kim loại nóng chảy đến tốc độ điền đầy yêu cầu đồng thời định hướng kiểu dòng chảy bên trong lòng khuôn. Toàn bộ hệ thống hoạt động đồng bộ: phễu rót đưa vật liệu vào, rãnh dẫn vận chuyển vật liệu, và cổng rót điều khiển việc cung cấp cuối cùng. Bất kỳ lỗi nào ở các thành phần này cũng làm ảnh hưởng đến độ nguyên vẹn của toàn bộ sản phẩm đúc.

Các Nguyên Tắc Cơ Bản cho Thiết Kế Rãnh Dẫn và Cổng Rót Tối Ưu

Thiết kế hệ thống rãnh dẫn và cổng phun hiệu quả là sự cân bằng phức tạp giữa động lực học chất lỏng, nhiệt động lực học và khoa học vật liệu. Mục tiêu chính là điền đầy buồng khuôn một cách hoàn chỉnh và đồng đều trước khi kim loại nóng chảy đông đặc, đồng thời giảm thiểu các khuyết tật. Điều này đòi hỏi phải tuân thủ một số nguyên tắc kỹ thuật cốt lõi chi phối dòng chảy của kim loại trong khuôn.

Một nguyên tắc cơ bản là đảm bảo dòng chảy ổn định, không cuộn xoáy. Dòng chảy rối sẽ đưa không khí và oxit vào kim loại nóng chảy, gây ra độ xốp và làm yếu cấu trúc. Như được nhấn mạnh bởi Sefunm , các rãnh dẫn cần được tối ưu hóa cẩn thận để giảm thiểu sự rối loạn. Điều này đạt được thông qua bề mặt được đánh bóng, các góc bo tròn và diện tích mặt cắt ngang giảm dần khi tiến gần đến cổng phun nhằm duy trì áp suất và vận tốc. Hệ thống rãnh dẫn cũng nên được thiết kế để giữ lại bất kỳ tạp chất hay kim loại đã nguội ở hai đầu, ngăn chúng đi vào buồng tạo hình chi tiết.

Thiết kế cổng bao gồm những sự đánh đổi quan trọng. Kích thước cổng phải đủ lớn để cho phép thời gian điền đầy nhanh mà không bị đông cứng sớm, nhưng cũng phải đủ nhỏ để dễ dàng tháo bỏ sau khi đúc mà không làm hư hại chi tiết. Hình dạng của cổng cũng quyết định kiểu dòng chảy bên trong lòng khuôn. Các loại cổng khác nhau được sử dụng cho các ứng dụng khác nhau nhằm đạt được những đặc tính điền đầy cụ thể.

So sánh các loại cổng thông dụng

Cuối cùng, việc đạt được thành phần hoàn chỉnh bền vững phụ thuộc vào việc hiểu sâu về tính chất vật liệu và các thông số quy trình. Chuyên môn trong lĩnh vực tạo hình kim loại hiệu suất cao, như được thể hiện bởi Công nghệ kim loại Shaoyi (Ningbo) trong lĩnh vực rèn chính xác dùng cho ô tô, nhấn mạnh tầm quan trọng của việc kiểm soát quy trình nghiêm ngặt. Mặc dù đúc khuôn ép và rèn là hai quy trình khác nhau, nhưng mục tiêu chung đều là tạo ra các chi tiết có độ tin cậy cao thông qua thiết kế tỉ mỉ và quản lý chất lượng. Danh sách kiểm tra cho thiết kế đúc khuôn ép luôn nên bao gồm:

• Lựa chọn hợp kim: Xem xét tính dễ chảy, dải đông đặc và các đặc tính nhiệt của kim loại.
• Hình Dạng Chi Tiết: Phân tích độ dày thành, mức độ phức tạp và yêu cầu về mặt thẩm mỹ.
• Mô phỏng dòng chảy: Sử dụng phần mềm để dự đoán dòng chảy kim loại, xác định các khu vực tiềm ẩn sự cố và tối ưu hóa thiết kế trước khi gia công khuôn thép.
• Khả năng máy móc: Đảm bảo tốc độ tiêm, áp lực và lực kẹp phù hợp với chi tiết và thiết kế hệ thống rót.
• Quản lý nhiệt: Thiết kế kênh làm mát khuôn để kiểm soát tốc độ đông đặc và ngăn ngừa khuyết tật.

Vai trò quan trọng của vị trí cổng rót đối với chất lượng vật đúc

Ngoài kích thước và hình dạng, việc bố trí chiến lược vị trí cổng rót là một trong những quyết định quan trọng nhất trong thiết kế khuôn ép. Vị trí mà kim loại lỏng đi vào buồng khuôn sẽ chi phối toàn bộ kiểu điền đầy, ảnh hưởng đến gradient nhiệt trên chi tiết, và cuối cùng quyết định sự xuất hiện hay không xuất hiện các khuyết tật nghiêm trọng. Một cổng rót được đặt đúng cách sẽ đảm bảo quá trình điền đầy tuần tự và đồng đều, trong khi một cổng rót được đặt sai có thể khiến chi tiết bị lỗi ngay từ đầu.

Quy tắc chính, như đã ghi nhận trong nhiều tài liệu kỹ thuật, là đặt cổng ở những phần dày nhất của chi tiết. Nguyên tắc này đảm bảo rằng các khu vực này, vốn mất nhiều thời gian nhất để đông đặc, sẽ được cung cấp liên tục kim loại nóng chảy dưới áp lực, ngăn ngừa hiện tượng rỗ co. Việc đặt cổng ở phần mỏng có thể khiến kim loại đóng rắn quá sớm, làm tắc dòng chảy và dẫn đến khuyết tật gọi là 'cold shut' (nối lạnh), khi hai dòng kim loại không thể kết dính hoàn toàn.

Hơn nữa, vị trí cổng cần được lựa chọn sao cho định hướng dòng chảy kim loại theo cách đẩy không khí và khí gas ra phía trước và thoát ra ngoài qua các van thông hơi và khoang tràn. Như các chuyên gia tại Diecasting-mould giải thích, cổng nên được đặt để tránh va chạm trực tiếp vào các lõi hoặc các phần mỏng manh của khuôn, điều này có thể gây xói mòn dụng cụ và tạo ra dòng chảy rối. Dòng chảy nên được định hướng dọc theo các thành vách của lòng khuôn để thúc đẩy quá trình điền đầy êm, dạng tầng.

Các kịch bản vị trí cổng: Tốt so với Xấu

• Vị trí xấu: Cổng rót vào phần thành mỏng ở xa trọng tâm của chi tiết.
  Khuyết tật phát sinh: Nguy cơ cao đóng rắn sớm, dẫn đến điền đầy không hoàn chỉnh (thiếu đầy) hoặc hiện tượng nguội hàn (cold shuts). Đường dòng chảy dài và kém hiệu quả.
• Vị trí tốt: Cổng rót vào phần thành dày nhất của chi tiết.
  Lợi ích: Đảm bảo khu vực có thể tích vật liệu lớn nhất được cấp liệu cuối cùng và dưới áp lực, từ đó khắc phục hiệu quả hiện tượng rỗ co ngót và đảm bảo sản phẩm đúc đặc chắc, đồng đều.
• Vị trí xấu: Đặt cổng rót sao cho hai mặt sóng dòng chảy va chạm trực diện tại khu vực bề mặt quan trọng.
  Khuyết tật phát sinh: Tạo ra đường hàn nhìn thấy được, đây là điểm yếu về kết cấu và khuyết tật bề mặt.
• Vị trí tốt: Đặt cổng rót để thúc đẩy dòng chảy đơn, liên tục và kết thúc tại vùng tràn.
  Lợi ích: Đẩy không khí và các chất bẩn về phía trước mặt sóng chảy và thoát ra khỏi buồng khuôn, mang lại chi tiết sạch, đặc chắc với lượng khí bị giữ lại tối thiểu.

Trong một số trường hợp, một cổng phun đơn là không đủ đối với các chi tiết lớn hoặc phức tạp. Có thể cần đến hệ thống nhiều cổng phun để đảm bảo điền đầy hoàn toàn. Tuy nhiên, điều này làm tăng độ phức tạp, vì các cổng phun phải được cân bằng để điền đầy các phần tương ứng của chúng đồng thời, nhằm tránh tạo ra các đường hàn nội bộ tại vị trí các mặt đầu dòng chảy gặp nhau.

Xử lý sự cố: Các khuyết tật phổ biến do thiết kế hệ thống cấp liệu kém

Một tỷ lệ đáng kể các khuyết tật trong đúc khuôn áp lực có thể được truy nguyên về hệ thống cấp liệu không tối ưu. Khi kỹ sư gặp các vấn đề như rỗ khí, khiếm khuyết bề mặt hoặc chi tiết không đầy đủ, thiết kế rãnh dẫn và cổng phun nên là một trong những khu vực đầu tiên cần được kiểm tra. Việc hiểu rõ mối liên hệ trực tiếp giữa một lỗi thiết kế cụ thể và khuyết tật phát sinh là rất quan trọng để xử lý sự cố hiệu quả và tối ưu hóa quá trình.

Ví dụ, độ xốp , sự xuất hiện của các khoảng trống nhỏ bên trong vật đúc, thường do nhiễu loạn quá mức gây ra. Khi kim loại nóng chảy cuộn xoáy mạnh trong rãnh dẫn hoặc khi đi vào cổng đúc, nó sẽ giữ lại không khí và các loại khí khác, sau đó những khí này bị giữ chặt trong chi tiết khi vật liệu đông đặc. Một cổng đúc quá nhỏ so với lưu lượng dòng chảy yêu cầu có thể hoạt động như một vòi phun, làm phân tán kim loại thành các hạt nhỏ và làm trầm trọng thêm vấn đề này. Giải pháp thường bao gồm việc tăng diện tích cổng đúc, làm nhẵn đường dẫn hoặc thiết kế lại góc tiếp cận của cổng để thúc đẩy quá trình điền đầy ổn định hơn.

Một vấn đề phổ biến khác là vết hàn nguội hoặc nhầm lẫn , nơi mà khoang khuôn không được điền đầy đủ. Tình trạng này thường xảy ra khi kim loại nóng chảy nguội quá nhanh và mất độ chảy loãng trước khi đạt đến các điểm xa nhất của khoang. Điều này có thể do hệ thống rãnh dẫn quá dài, dẫn đến mất nhiệt quá mức, hoặc cổng rót quá mỏng, làm cản trở dòng chảy và khiến kim loại bị đông đặc sớm. Việc điều chỉnh thiết kế để rút ngắn đường dòng chảy hoặc tăng độ dày của cổng thường có thể khắc phục được vấn đề này.

Hướng Dẫn Khắc Phục Sự Cố Hệ Thống Cổng Rót

Việc tiếp cận chẩn đoán một cách hệ thống là yếu tố then chốt. Khi xuất hiện khuyết tật, kỹ sư cần phân tích chi tiết để xác định vị trí và bản chất của khuyết tật, sau đó sử dụng phần mềm mô phỏng dòng chảy hoặc phân tích thực nghiệm để liên hệ với thiết kế hệ thống cấp liệu. Những thay đổi nhỏ, từng bước đối với hệ thống dẫn hoặc cổng, theo sau là kiểm tra cẩn thận kết quả, là cách hiệu quả nhất để chẩn đoán và giải quyết những thách thức sản xuất dai dẳng này.

Các câu hỏi thường gặp

1. Cổng và người chạy trong casting là gì?

Trong đúc, đường chạy là một kênh vận chuyển vật liệu nóng chảy từ ống phun chính đến khoang phần. Cổng là lỗ hổng cụ thể giữa đầu của bộ chạy và khoang phần. Công việc của người chạy là phân phối, trong khi công việc của cổng là kiểm soát sự nhập vào cuối cùng của vật liệu, ảnh hưởng đến tốc độ, hướng và mô hình dòng chảy của nó.

2. Một người chạy trong vai diễn là gì?

Một con đường chạy là một kênh được chế biến vào thép chết, phục vụ như một con đường cho kim loại nóng chảy. Chức năng chính của nó là phân phối kim loại từ một điểm trung tâm (cây phun) đến một hoặc nhiều cửa cung cấp cho các khoang khuôn. Một hệ thống chạy được thiết kế tốt giữ nhiệt độ và áp suất của kim loại trong khi giảm thiểu nhiễu loạn.

3. Cổng trong đúc đấm là gì?

Cổng trong khuôn đúc áp lực là phần cuối cùng và thường là phần nhỏ nhất của hệ thống kênh dẫn trước khi kim loại nóng chảy đi vào hình dạng chi tiết thực tế (buồng khuôn). Thiết kế của cổng rất quan trọng vì nó điều khiển vận tốc và đặc tính dòng chảy của kim loại khi điền đầy khuôn. Cổng phải đủ lớn để điền đầy chi tiết nhanh chóng nhưng cũng phải đủ nhỏ để đóng rắn đúng cách và dễ dàng được loại bỏ khỏi chi tiết thành phẩm.

4. Hệ thống dẫn (runner) trong khuôn đúc là gì?

Hệ thống dẫn (runner) trong khuôn đúc đơn giản là một thuật ngữ khác chỉ hệ thống kênh dẫn bên trong khuôn đúc áp lực. Nó đề cập đến toàn bộ mạng lưới kênh dẫn hướng hợp kim nóng chảy từ phễu rót (sprue) đến các cổng. Thuật ngữ này nhấn mạnh rằng những kênh dẫn này là một phần thiết yếu của chính dụng cụ khuôn.