Phân tích chi tiết các phương pháp Đúc khác nhau Được sử dụng phổ biến trong ngành công nghiệp cơ khí và chế tạo kim loại

Phương pháp đúc kim loại dùng chế tạo sản phẩm bằng các nung nóng kim loại đến trạng thái chảy lỏng sau đó rót vào lòng khuôn.. Đặc biệt, nội dung tập trung vào việc làm rõ nguyên lý hoạ

MỤC LỤC

I Giới thiệu chung……….3

II Các phương pháp đúc liên tục……….5

1 Định nghĩa và nguyên lý 5

2 Ưu nhược điểm của phương pháp đúc liên tục 5

a) Ưu điểm của phương pháp đúc liên tục: 5

b) Nhược điểm của phương pháp đúc liên tục: 6

3 Ứng dụng 7

III Phương pháp đúc khuôn kim loại……….8

1) Định nghĩa 8

2) Quy trình đúc khuôn kim loại 8

3 Ưu nhược điểm của phương pháp đúc khuôn kim loại 10

a) Ưu điểm 10

b) Nhược điểm 10

4 Ứng dụng của phương pháp đúc khuôn kim loại: 11

IV Phương pháp đúc áp lực 1) Định nghĩa 11

2) Đúc áp lực thấp 11

3) Đúc áp lực cao 12

4) Đúc Áp Lực Cao Buồng Lạnh 13

5) Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp đúc áp lực 13

a Ưu điểm của phương pháp đúc áp lực: 13

b Nhược điểm của phương pháp đúc áp lực: 14

6) Ứng dụng: 14

VI Phương pháp đúc li tâm………14

1) Định nghĩa 14

2) Quy trình 14

3) Ưu và nhược điểm của phương pháp đúc ly tâm 15

a Ưu điểm của phương pháp đúc ly tâm: 15

b Nhược điểm của phương pháp đúc ly tâm: 16

4) Ứng dụng: 16

VII Phương pháp đúc mẫu chảy………16

1) Định nghĩa 16

2) Quy trình 16

3) Ưu và nhược điểm của phương pháp đúc mẫu chảy 17

a Ưu điểm của phương pháp đúc mẫu chảy 17

b Nhược điểm của phương pháp đúc mẫu chảy 17

4) Ứng dụng: 17

VIII Kết luận………18

I Giới thiệu chung

Đúc là công nghệ chế tạo phôi với đa dạng chủng loại sản phẩm như: đúc inox, đúc thép, đúc hợp kim, đúc gang, đúc đồng, đúc nhôm Có thể nói, đúc có thể áp dụng cho bất kể kim loại nào mà có thể nung nóng chảy Phương pháp đúc kim loại dùng chế tạo sản phẩm bằng các nung nóng kim loại đến trạng thái chảy lỏng sau đó rót vào lòng khuôn Sau khi đông đặc trong khuôn ta thu được được chi tiết có hình dạng giống với lòng khuôn

Có một số phương pháp đúc thông dụng hiện nay:

1 Đúc liên tục

2 Đúc khuôn kim loại

3 Đúc áp lực

4 Đúc li tâm

5 Đúc mẫu chảy

Bài tiểu luận này hướng đến việc phân tích chi tiết các phương pháp đúc khác nhau được sử dụng phổ biến trong ngành công nghiệp cơ khí và chế tạo kim loại Đặc biệt, nội dung tập trung vào việc làm rõ nguyên lý hoạt động, quy trình thực hiện, ưu nhược điểm

và ứng dụng thực tiễn của năm phương pháp đúc quan trọng: đúc liên tục, đúc khuôn kim loại, đúc áp lực, đúc ly tâm, và đúc mẫu chảy

Thứ nhất, phương pháp đúc liên tục là một kỹ thuật tiên tiến giúp sản xuất các sản phẩm kim loại dài với hiệu suất cao và chất lượng đồng đều Đúc liên tục là nền tảng cho nhiều ngành công nghiệp nặng, như sản xuất thép và nhôm Mục tiêu của phần phân tích này là giúp làm rõ cách phương pháp đúc liên tục mang lại lợi ích về năng suất và độ chính xác, đồng thời chỉ ra những thách thức về chi phí đầu tư và kỹ thuật điều khiển quá trình

Thứ hai, bài tiểu luận sẽ khám phá chi tiết đúc khuôn kim loại, một phương pháp truyền thống nhưng vẫn giữ vai trò quan trọng trong việc chế tạo các chi tiết cơ khí với độ chính xác cao Khuôn kim loại tái sử dụng mang lại lợi ích kinh tế và tạo ra các sản phẩm

có độ bền và tính đồng nhất cao Tuy nhiên, phương pháp này cũng có những hạn chế về hình dạng phức tạp của sản phẩm Mục tiêu ở đây là phân tích lợi ích, giới hạn, và các cải tiến hiện nay của kỹ thuật đúc khuôn kim loại

Thứ ba, đúc áp lực sẽ được xem xét với mục tiêu làm rõ sự khác biệt giữa phương pháp này và các phương pháp khác, đặc biệt ở khả năng sản xuất nhanh và đạt độ chính xác cao Đúc áp lực thường được ứng dụng trong các ngành yêu cầu chi tiết nhỏ, mỏng nhưng mạnh mẽ, như ngành công nghiệp ô tô và điện tử Phân tích sẽ tập trung vào cách

áp lực cao ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và những vấn đề kỹ thuật liên quan đến khuôn và hệ thống máy ép

Thứ tư, đúc ly tâm là một phương pháp đặc biệt chuyên dụng trong việc sản xuất các sản phẩm hình trụ hoặc rỗng, như ống, xi lanh và vòng bi Đúc ly tâm sử dụng lực ly tâm để phân bố kim loại trong khuôn, tạo ra sản phẩm có đặc tính cơ học tốt Phần này sẽ tập trung vào việc giải thích nguyên lý cơ học của quá trình và những lợi ích mà nó mang lại về độ bền và độ đồng đều của sản phẩm

Cuối cùng, đúc mẫu chảy (còn gọi là đúc mẫu sáp hay đúc khuôn đầu tư) sẽ được phân tích kỹ lưỡng Đây là phương pháp đúc lý tưởng cho các sản phẩm có hình dạng phức tạp, yêu cầu độ chính xác cao và chi tiết tinh vi Mục tiêu của phần này là giúp người đọc hiểu rõ quy trình tạo khuôn và sản xuất, từ đó đánh giá khả năng ứng dụng trong sản xuất các bộ phận phức tạp, đặc biệt trong các ngành công nghiệp hàng không và

y tế

Tóm lại, bài tiểu luận sẽ tập trung so sánh các phương pháp đúc nêu trên để đánh giá những ưu điểm, nhược điểm của từng phương pháp trong việc đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và kinh tế của các ngành công nghiệp khác nhau Sự phân tích này không chỉ nhằm

mục đích lý thuyết mà còn định hướng cho việc áp dụng hiệu quả các kỹ thuật đúc trong thực tiễn sản xuất

II Phương pháp đúc liên tục

1 Định nghĩa và nguyên lý

Đúc liên tục là một quá trình rót liên tục hợp kim lỏng vào khuôn kim loại có hệ thống làm nguội tuần hoàn và lấy vật đúc ra liên tục Khi ngắt quãng quá trình rót và lấy vật đúc thì gọi là đúc bán liên tục Trong sản xuất, đúc bán liên tục là dạng phổ biến để chế tạo ra các sản phẩm dạng thanh hoặc ống có tiết diện không đổi

Hiện nay các nước trên thế giới sử dụng phát triển đúc liên tục rất mạnh để chế tạo sản phẩm thép Ví dụ ở Trung quốc; sản lượng đúc liên tục mỗi năm tăng 10 triệu tấn Các

xí nhiệp luyện gang thép lớn dùng 100% đúc liên tục để chế tạo sản phẩm

2 Ưu nhược điểm của phương pháp đúc liên tục

a) Ưu điểm của phương pháp đúc liên tục:

 Hiệu suất sản xuất cao: Phương pháp đúc liên tục cho phép sản xuất kim loại với

số lượng lớn và liên tục mà không cần phải ngừng để thay đổi khuôn, do đó giảm

thời gian sản xuất và tăng năng suất Điều này rất hữu ích trong ngành sản xuất thép, nhôm, và đồng

 Chất lượng sản phẩm tốt: Sản phẩm đúc liên tục thường có độ đồng nhất cao về thành phần hóa học và cấu trúc vi mô Quá trình làm nguội nhanh giúp kim loại có

độ bền cao, ít lỗ hổng và khuyết tật trên bề mặt sản phẩm

 Giảm chi phí sản xuất: So với các phương pháp đúc truyền thống, đúc liên tục giúp tiết kiệm nguyên liệu và năng lượng do không cần gia công thêm nhiều lần và giảm lãng phí trong quá trình sản xuất Điều này giúp giảm tổng chi phí sản xuất một cách hiệu quả

 Tiết kiệm nguyên liệu: Phương pháp này giúp hạn chế việc dư thừa kim loại, vì lượng kim loại được sử dụng gần đúng với lượng cần thiết cho sản phẩm cuối cùng Điều này dẫn đến ít phế liệu và sản phẩm thừa hơn so với các phương pháp đúc khác

 Tính tự động hóa cao: Đúc liên tục thường đi kèm với các hệ thống điều khiển tự động, giúp giám sát và điều chỉnh quá trình đúc một cách liên tục và chính xác Điều này giúp tăng độ chính xác và giảm nguy cơ lỗi trong quá trình sản xuất

 Thân thiện với môi trường: Quá trình đúc liên tục tiêu tốn ít năng lượng hơn và giảm lượng phế thải so với các phương pháp khác, làm cho nó trở nên thân thiện hơn với môi trường

b) Nhược điểm của phương pháp đúc liên tục:

 Chi phí đầu tư ban đầu cao: Thiết bị đúc liên tục đòi hỏi hệ thống công nghệ phức tạp và máy móc chuyên dụng, dẫn đến chi phí đầu tư ban đầu rất cao Điều này có thể là rào cản đối với các công ty nhỏ hoặc những ngành sản xuất không yêu cầu sản lượng lớn

 Yêu cầu bảo trì và kiểm soát kỹ thuật cao: Do quá trình đúc liên tục phụ thuộc vào

hệ thống máy móc phức tạp và tự động hóa, việc bảo trì thường xuyên là cần thiết

để đảm bảo hoạt động liên tục Điều này đòi hỏi đội ngũ kỹ thuật có trình độ cao

để vận hành và bảo dưỡng hệ thống

 Giới hạn về hình dạng sản phẩm: Phương pháp đúc liên tục thường phù hợp với các sản phẩm có hình dạng đơn giản, chẳng hạn như tấm, thanh, ống, và dây kim loại Những sản phẩm có hình dạng phức tạp hoặc yêu cầu chi tiết đặc biệt thường không thể sản xuất bằng phương pháp này

 Khó điều chỉnh sản phẩm trong quá trình sản xuất: Vì đây là một quá trình liên tục, nếu xảy ra lỗi hoặc cần thay đổi thiết kế sản phẩm, việc dừng quá trình sản xuất để điều chỉnh có thể gây tốn kém và làm gián đoạn quy trình Điều này dẫn đến việc phải kiểm soát nghiêm ngặt ngay từ đầu để đảm bảo chất lượng

 Khó kiểm soát kích thước nhỏ: Đúc liên tục thường không phù hợp để sản xuất các sản phẩm quá nhỏ hoặc có yêu cầu chi tiết phức tạp Các sản phẩm này thường phải sử dụng các phương pháp đúc khác để đạt được độ chính xác và chi tiết mong

muốn Ảnh hưởng bởi nhiệt độ: Độ chính xác của quá trình đúc liên tục bị ảnh hưởng rất nhiều bởi nhiệt độ của kim loại lỏng và khuôn đúc Nếu không kiểm soát tốt nhiệt độ, sản phẩm có thể bị lỗi về cấu trúc và chất lượng

3 Ứng dụng

Phương pháp đúc liên tục giúp tiết kiệm năng lượng khi bỏ đi khâu cán phá tạo phôi Theo thống kê từ nhiều nguồn tài liệu khoa học, việc bỏ được bước cán phá tạo phôi

từ 1 tấn thép giúp tiết kiệm được 600 - 1000 KJ, tương đương với 21 - 36kg than tiêu chuẩn Đó mới là năng lượng tiết kiệm do bỏ được 1 bước trong quá trình đúc, nếu tính sơ lược về tổng thể hiệu suất tăng thêm, năng lượng thực có thể tiết kiệm được trong toàn bộ chu trình sẽ vào khoảng 130kg than tiêu chuẩn trên 1 tấn thép

Hình 1 Đúc liên tục sử dụng nhiều trong sản xuất phôi thép, giúp nhà sản xuất tiết kiệm chi phí

Phương pháp đúc liên tục với quy trình làm nguội đột ngột nên thép đúc bằng công nghệ này có cấu trúc mịn hơn so với thép đúc bằng khuôn Nhờ thành phẩm có cấu trúc tốt hơn nên phương pháp đúc liên tục đã vượt xa và thay thế phương pháp đúc bằng khuôn

Như vậy, có thể nói phương pháp đúc liên tục đem đến nhiều ưu điểm cho nhà sản xuất về cả chi phí và chất lượng thành phẩm vật đúc, dễ dàng cơ khí hóa và tự động hóa Quy trình đúc liên tục diễn ra nhanh chóng, loại bỏ được khâu trung gian là cán phá, tiết kiệm diện tích xưởng sản xuất và giảm ô nhiễm môi trường Phương pháp đúc liên tục

được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp chế tạo phôi thép Với những ưu điểm đó, đúc liên tục là sự lựa chọn hợp lý khi có nhu cầu tăng năng suất để tiết kiệm thời gian sản xuất

III Phương pháp đúc khuôn kim loại

1) Định nghĩa

Đúc trong khuôn kim loại là thuật ngữ chỉ một phương pháp sản xuất vật đúc bằng cách rót kim loại lỏng vào khuôn kim loại Vật đúc đông đặc dưới tác dụng của trọng trường mà không chịu bất kỳ tác động nào khác

2) Quy trình đúc khuôn kim loại

Đúc khuôn kim loại là phương pháp sử dụng khuôn được làm từ kim loại (thường

là thép hoặc gang) để đúc các sản phẩm kim loại Quy trình này thường bao gồm các bước sau:

Bước 1: Chuẩn bị khuôn

Thiết kế khuôn: Đầu tiên, khuôn phải được thiết kế dựa trên hình dạng và kích thước của sản phẩm cần đúc Khuôn kim loại thường bao gồm hai nửa: khuôn trên và khuôn dưới, với bề mặt tiếp xúc được gia công cẩn thận để tạo thành khoang đúc chính xác

Chế tạo khuôn: Sau khi thiết kế, khuôn được gia công bằng cách cắt, phay, và mài để tạo

ra hình dạng khoang đúc theo đúng yêu cầu kỹ thuật Một số khuôn có thể được trang bị

hệ thống làm mát bằng nước hoặc không khí để đảm bảo quá trình nguội nhanh chóng và kiểm soát tốt hơn chất lượng sản phẩm

Bước 2: Chuẩn bị kim loại

Nung chảy kim loại: Kim loại cần đúc (như nhôm, đồng, gang hoặc thép) được nung chảy trong lò nung đến nhiệt độ phù hợp để đạt được trạng thái lỏng hoàn toàn Nhiệt độ nung

sẽ khác nhau tùy thuộc vào loại kim loại sử dụng

Kiểm soát chất lượng kim loại: Trước khi rót kim loại lỏng vào khuôn, cần kiểm tra thành phần hóa học của kim loại để đảm bảo không có tạp chất hoặc các yếu tố có thể làm giảm chất lượng sản phẩm đúc

Bước 3: Rót kim loại lỏng vào khuôn

Rót kim loại lỏng: Kim loại lỏng sau khi được nung chảy sẽ được rót vào khuôn kim loại qua cổng rót Quá trình rót phải được thực hiện một cách cẩn thận để tránh bọt khí hoặc rỗ xốp trong sản phẩm cuối cùng

Kiểm soát tốc độ rót: Việc rót quá nhanh hoặc quá chậm có thể ảnh hưởng đến quá trình làm nguội và chất lượng của sản phẩm đúc Tốc độ rót thường được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo dòng chảy đều và tránh các khuyết tật như hốc rỗ, co ngót hoặc biến dạng

Bước 4: Làm nguội

Quá trình làm nguội: Sau khi kim loại lỏng được rót đầy khuôn, quá trình làm nguội bắt đầu Kim loại sẽ dần dần chuyển từ trạng thái lỏng sang rắn, trong đó nhiệt độ làm nguội

và thời gian giữ khuôn ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất cơ học của sản phẩm

Hệ thống làm nguội: Khuôn kim loại thường được trang bị các kênh làm mát để giúp quá trình làm nguội diễn ra đều và nhanh hơn, từ đó giảm nguy cơ sản phẩm bị co ngót, biến dạng hoặc nứt

Bước 5: Lấy sản phẩm ra khỏi khuôn

Mở khuôn: Sau khi sản phẩm đã nguội đủ để đạt độ bền cơ học cần thiết, khuôn kim loại được mở ra, và sản phẩm đúc sẽ được lấy ra từ khoang đúc

Làm sạch: Sau khi lấy sản phẩm ra, cần loại bỏ các phần thừa như kênh rót, hệ thống dẫn kim loại, và các lớp bề mặt chưa hoàn thiện Các phần này thường được cắt hoặc mài đi Bước 6: Xử lý sau đúc

Gia công cơ khí: Nếu sản phẩm đúc cần đạt độ chính xác cao về kích thước hoặc bề mặt nhẵn mịn, nó sẽ phải trải qua quá trình gia công cơ khí bổ sung như phay, tiện, hoặc mài Nhiệt luyện: Một số sản phẩm có thể yêu cầu nhiệt luyện để cải thiện các tính chất cơ học như độ cứng, độ bền hoặc tính dẻo

Kiểm tra chất lượng: Cuối cùng, sản phẩm sẽ được kiểm tra về mặt hình dạng, kích thước,

và tính chất cơ học để đảm bảo đáp ứng yêu cầu kỹ thuật trước khi được đưa vào sử dụng hoặc phân phối

3 Ưu nhược điểm của phương pháp đúc khuôn kim loại.

a) Ưu điểm

Phương pháp đúc trong khuôn kim loại này giảm được chi phí vì khuôn đúc được

sử dụng nhiều lần

Ÿ Độ sạch và độ chính xác được nâng cao đáng kể Điều này sẽ làm giảm khối lượng gia công cơ khí

Ÿ Nâng cao độ bền cơ học của vật đúc, đặc biệt là độ bền ở lớp bề mặt tiếp giáp với khuôn kim loại

Ÿ Nâng cao sản lượng hàng năm do giảm được kích thước đậu ngót và phế phẩm đúc

Ÿ Nâng cao năng suất lao động

Ÿ Tiết kiệm diện tích nhà xưởng do không cần chế tạo hỗn hợp làm khuôn và quá trình làm khuôn

Ÿ Giảm giá thành sản phẩm

Ÿ Dễ cơ khí và tự động hoá, điều kiện vệ sinh lao động tốt

b) Nhược điểm

Để có thể đúc trong khuôn kim loại thì việc chết tạo khuôn rất phức tạp và đắt tiền;

độ bền khuôn hạn chế khi đúc thép, khó đúc những vật thành mỏng và hình dáng phức tạp; vật đúc có ứng suất lớn do khuôn kim loại cản co mạnh; vật đúc gang dễ bị biến trắng; quy trình đúc phải chặt chẽ

Tuy có những đặc điểm trên nhưng công nghệ đúc trong khuôn kim loại vẫn được

sử dụng rộng rãi để đúc gang, hợp kim và kim loại màu trong sản xuất hàng loại và loạt lớn bởi vì có những chi tiết không thể chế tạo được nếu không sử dụng khuôn kim loại, ví

dụ các tấm lớn thân máy bay, các chi tiết nhỉ nhưng đòi hỏi độ bền cao trong động cơ

4 Ứng dụng của phương pháp đúc khuôn kim loại:

Phương pháp đúc khuôn kim loại có nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau nhờ vào khả năng sản xuất các sản phẩm kim loại có độ chính xác cao và bề mặt nhẵn mịn

Ÿ Sản xuất bánh răng, trục, ổ bi và các linh kiện máy móc công nghiệp với độ bền cao (trong chế tạo máy)

Ÿ Sản xuất các chi tiết động cơ, trục khuỷu, hệ thống phanh, và vỏ hộp số với độ chính xác cao (trong nghành công nghiệp ô tô)

IV Phương pháp đúc áp lực

1) Định nghĩa

Hợp kim lỏng được điền đầy vào lòng khuôn dưới áp lực nhất định thì gọi là đúc

áp lực Tùy theo yêu cầu, áp lực có thể nhỏ bằng cách hút chân không lòng khuôn gọi là đúc áp lực thấp hoặc áp lực lớn tạo ra bởi píttông gọi là đúc áp lực cao

2) Đúc áp lực thấp.

Đúc áp lực thấp là một phương pháp đúc kim loại nóng chảy bằng cách sử dụng áp lực thấp để đẩy kim loại vào trong khuôn Trong quy trình này, khuôn được đặt ở phía trên và kim loại nóng chảy được rót vào một lò giữ nhiệt ở phía dưới