Bài tiểu luận kỹ thuật, công nghệ xử lí chất liệu kim loại trong Điêu khắc – nhôm Đúc

CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÚC NHÔMCác phương pháp đúc nhôm khác nhau tùy theo quy trình sản xuất khác nhau, từ đúc cát, đúc khuôn, đúc khuôn áp lực, đúc liên tục, đúc khuôn vỏ, v.v.. Đối với những

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA TRANG TRÍ NỘI, NGOẠI THẤT

BÀI TIỂU LUẬN

KỸ THUẬT, CÔNG NGHỆ XỬ LÍ CHẤT LIỆU KIM LOẠI TRONG ĐIÊU

KHẮC – NHÔM ĐÚC

Giảng viên hướng dẫn: Lê Anh Vũ Sinh viên thực hiện: Lê Đức Hùng Chuyên ngành: Điêu khắc

Lớp chuyên ngành: DH20DKA

NIÊN KHÓA: 2020-2025

I CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÚC NHÔM

Các phương pháp đúc nhôm khác nhau tùy theo quy trình sản xuất khác nhau, từ đúc cát, đúc khuôn, đúc khuôn áp lực, đúc liên tục, đúc khuôn vỏ, v.v Mỗi quy trình đúc nhôm sẽ

có những ưu điểm và nhược điểm riêng, tùy theo quy mô và độ phức tạp của vật đúc mà chúng ta có thể lựa chọn phương pháp phù hợp nhất

Nhôm được ứng dụng rộng rãi trong các bộ phận đúc khác nhau phục vụ nhiều ngành công nghiệp, cả sử dụng công nghiệp và phi công nghiệp Đối với những người thường nghi ngờ “Cách đúc các bộ phận bằng nhôm”, câu trả lời là các xưởng đúc nhôm sử dụng nhiều công nghệ đúc khác nhau và chất lượng là một trong những yếu tố then chốt quyết định công nghệ nào phù hợp

Chất lượng của vật đúc là thước đo cả bên trong và bên ngoài vật đúc cũng như độ bền và

độ dẻo của vật đúc Các kỹ sư phải luôn phát huy những ưu điểm và khắc phục những nhược điểm của phương pháp đúc nhôm để nâng cao chất lượng sản phẩm và thỏa mãn nhu cầu khách hàng một cách tối ưu

1 Đúc cát nhôm

Đúc cát là một trong những phương pháp đúc lâu đời nhất xuất hiện khoảng 2000 năm trước Đúc cát đã được sử dụng để đúc nhôm kể từ khi kim loại nhôm trở nên phổ biến từ đầu thế kỷ 20 Trong quá trình đúc cát bằng nhôm, khuôn được làm từ cát và các chất liên kết; các mẫu được đặt vào bên trong khuôn và ép chặt Sau khi rút mẫu, người ta tạo ra một khoang khuôn giống hệt hình dạng đúc nhôm Thông qua hệ thống cổng, nhôm nóng chảy được đổ vào khoang khuôn và đông đặc lại Khi vật đúc nguội đi, người đúc sẽ phá vỡ khuôn cát và vật đúc được thu thập

Đúc cát xanh nhôm

Ngày nay, những cải tiến trong công nghệ đúc cát đã làm tăng trọng lượng và kích thước trung bình của vật đúc cát nhôm Nhiều vật bằng nhôm đúc cát có trọng lượng hơn 50kg, thậm chí một số vật đúc có kích thước lớn tới 100m3

Ưu điểm của đúc cát nhôm

 Giá thấp

 Tính linh hoạt trong việc chế tạo số lượng vật đúc, dù là đơn hàng nhỏ hay lớn

 Bất kỳ hợp kim nhôm nào cũng có thể được đúc trong cát, kể cả hợp kim có độ nóng nóng

 Cát xanh có cường độ nén thấp nên giảm thiểu nguy cơ khuyết tật nứt nóng

 Linh hoạt để điều chỉnh thiết kế mẫu

Nhược điểm của đúc cát nhôm

 Bề mặt hoàn thiện không mịn. Nó có thể được xử lý bằng phun cát để nâng cao chất lượng bề mặt

 Kích thước vật đúc có dung sai cao hơn các phương pháp đúc nhôm khác

Tính linh hoạt trong việc chế tạo số lượng vật đúc, dù là đơn hàng nhỏ hay lớn.

Bất kỳ hợp kim nhôm nào cũng có thể được đúc trong cát, kể cả hợp kim có độ nóng nóng

Cát xanh có cường độ nén thấp nên giảm thiểu nguy cơ khuyết tật nứt nóng

Linh hoạt để điều chỉnh thiết kế mẫu

Nhược điểm của đúc cát nhôm

Bề mặt hoàn thiện không mịn Nó có thể được xử lý bằng phun cát để nâng cao chất lượng bề mặt

Kích thước vật đúc có dung sai cao hơn các phương pháp đúc nhôm khác

Ứng dụng của đúc cát nhôm

Rất khó để đề cập đến hầu hết các ứng dụng đúc nhôm cát vì quá trình đúc nhôm này

có thể sản xuất hầu hết tất cả các bộ phận ở mọi kích cỡ

Nếu bạn có kinh phí vừa phải và muốn đúc những sản phẩm nhôm không yêu cầu quá cao về độ hoàn thiện bề mặt thì phương pháp đúc cát là lựa chọn số một

2 Đúc nhôm áp lực

Có hai loại đúc khuôn: đúc khuôn nhôm áp suất cao và đúc khuôn nhôm áp suất thấp Đúc khuôn nhôm áp suất cao

Đúc nhôm áp lực cao Đúc khuôn nhôm áp suất cao là quá trình đúc nhôm chế tạo các bộ phận đúc bằng cách

ép chất lỏng nhôm dưới áp suất cao (khoảng 1200 bar) vào khuôn thép thông qua súng lục hình trụ

Nhôm lỏng được bơm với tốc độ cao và đông đặc nhanh chóng để tạo thành các chi tiết nhôm đúc

Có hai loại buồng đúc trong khuôn đúc nhôm áp suất cao:

 Buồng nóng: là buồng đúc nơi xi lanh và súng lục được đặt trong hệ thống lò nung và có nhiệt độ tương đương với nhiệt độ nóng chảy của hợp kim nhôm

 Buồng lạnh: là buồng đúc nơi hợp kim nhôm nóng chảy được đổ vào xi lanh, sau đó piston đẩy kim loại vào khuôn dưới áp suất lớn. Khẩu súng lục này không được đặt trong lò nướng và được coi là mát mẻ. Buồng lạnh chủ yếu được sử dụng cho hợp kim nhôm

Đúc nhôm cao áp thích hợp để sản xuất hàng loạt các chi tiết nhỏ, nặng khoảng 5kg,

bề mặt cắt mỏng, độ dày khoảng 0,4mm. Phần đúc nhôm càng lớn thì giá thành càng cao

Đúc nhôm áp suất thấp

Đúc nhôm áp suất thấp

Với khuôn đúc nhôm áp suất thấp, khuôn được đổ đầy kim loại lỏng từ nồi nấu kim loại có thể điều chỉnh áp suất (thường là 0,7bar)

Lò ủ kim loại được đặt phía dưới (thay vì nằm ngang như khuôn đúc nhôm áp suất cao), nhôm nóng chảy được bơm trực tiếp từ dưới lên để lấp đầy khuôn

Đúc nhôm áp suất thấp thích hợp để sản xuất các bộ phận đúc nhôm có độ dày thành

từ 3 mm trở lên và khối lượng có thể lên tới 150kg

Trong đúc khuôn, hợp kim nhôm là một trong những kim loại được đúc thường xuyên nhất, chiếm gấp đôi so với các phương pháp đúc kim loại khác sử dụng

Các loại hợp kim nhôm dùng trong phương pháp đúc khuôn

 380.0 (Al + Si + Cu + Mg): hợp kim nhôm đúc, độ bền cơ học cao, chống ăn mòn tốt, độ pha loãng cao, giá thành rẻ. Thường dùng để đúc hộp số. Loại hợp kim này chiếm tới 85% lượng hợp kim nhôm được sử dụng trong đúc nhôm ép hiện nay

 A360.0 (giảm lượng Cu): hợp kim nhôm đúc cao cấp, ít tạp chất, chống ăn mòn tốt hơn 380 Dùng để đúc nhạc cụ, chi tiết chống ăn mòn

 413.0 (Al + Si): hợp kim đúc, chống ăn mòn tốt hơn 360 Thường dùng để đúc súng lục, trục khuỷu

 518 (Al + Mg): hợp kim phôi (phôi) tốt nhất, có khả năng chống mài mòn tốt nhất nhưng độ loãng thấp và khó đúc, giá thành cao

Ưu điểm của việc đúc khuôn

 Dung sai chặt chẽ của đúc nhôm

 Bề mặt mịn, sáng bóng, ít khuyết điểm trên bề mặt giúp sản phẩm dễ dàng thi công lớp sơn phủ hơn

 Các hạt nhôm có kết cấu chặt, đặc và nhỏ, mịn giúp vật đúc có cơ tính cao và chống mài mòn tốt

 Thích hợp cho dây chuyền sản xuất tự động

Nhược điểm của phương pháp đúc khuôn

 Do nhôm nóng chảy được bơm với tốc độ cao và nguội nhanh nên cuốn theo chất ngưng tụ vào vật đúc, gây khó khăn cho việc hàn và xử lý nhiệt. Để xử lý khí bị mắc kẹt trong vật đúc, xưởng đúc có thể sử dụng công nghệ khử cặn chân không. Nên chọn hợp kim nhôm có phạm vi nhiệt độ đóng băng ngắn

 Chi phí đầu tư cho vận hành và khuôn mẫu đắt đỏ, chỉ phù hợp với số lượng đặt hàng lớn

 Rất khó điều chỉnh thiết kế sản phẩm như phương pháp đúc cát

 Do dòng chảy hợp kim có áp suất cao nên khuôn nhanh chóng bị mòn

Ứng dụng của khuôn đúc

Quá trình đúc nhôm này có nhiều ứng dụng từ các bộ phận đơn giản như bộ phận chiếu sáng đến các bộ phận phức tạp như động cơ, vỏ hộp số, bánh xe, hệ thống treo ô

tô và tàu vũ trụ

3 Đúc nhôm khuôn vỏ

Đúc khuôn vỏ

Đúc vỏ là công nghệ đúc với khuôn làm bằng nhựa phenolic nhiệt rắn

Đầu tiên, hai nửa mẫu được thiết kế và tạo ra từ kim loại, sau đó được nung nóng và phủ dầu bôi trơn. Sau đó đặt mẫu vào buồng cát nhiệt rắn đã chuẩn bị ở trên rồi lật ngược lại. Hỗn hợp cát nhựa dính vào hoa văn cứng lại tạo thành lớp vỏ

Mẫu được loại bỏ, để lại một lớp vỏ. Hai nửa mẫu sẽ tạo thành hai khuôn vỏ dày khoảng 10-20 mm. Hai khuôn vỏ này được ghép lại với nhau tạo thành một khuôn hoàn chỉnh. Nhôm lỏng được đổ vào khuôn và đông cứng thành hình đúc

Lúc này chỉ cần đập vỏ khuôn là chúng ta có thể thu được vật đúc

Đúc nhôm khuôn vỏ là một trong những phương pháp đúc nhôm phù hợp cho việc chế tạo các loại đúc lõi rỗng hoặc đúc khuôn

Ưu điểm của việc đúc khuôn vỏ

 Mức độ hoàn thiện bề mặt hoàn thiện tương đối cao

 Kích thước của vật đúc chính xác hơn; khả năng chịu đựng rất chặt chẽ

 Mẫu này có thể tái sử dụng được

Nhược điểm của việc đúc khuôn vỏ

 Chi phí sản xuất cao

 Với vật đúc lớn và phức tạp sẽ không dễ dàng đúc

Ứng dụng đúc khuôn vỏ

Quá trình đúc nhôm này được áp dụng để đúc đầu xi lanh, thanh kết nối, khối động cơ

và ống góp, đế máy, mui xe tải, thân van, v.v

4 Đúc nhôm khuôn vĩnh viễn

Đúc nhôm khuôn cố định hay còn gọi là đúc khuôn kim loại là một trong những phương pháp đúc nhôm sử dụng kim loại làm vật liệu khuôn tương tự như đúc áp lực. Theo đó, nhôm lỏng bị trọng lực đẩy vào khuôn nên tốc độ rót khá thấp

Do khuôn làm bằng kim loại nên tốc độ làm nguội vật đúc nhanh. Khuôn có tuổi thọ

sử dụng lâu dài nên được gọi là khuôn vĩnh viễn

Đúc nhôm vĩnh viễn Đúc nhôm khuôn cố định thích hợp để đúc khối lượng lớn hơn đúc khuôn áp suất cao, khoảng 10kg. Khối lượng càng cao thì chi phí càng đắt

Nếu kết hợp với các phương pháp xử lý nhiệt thì tính chất cơ lý của khuôn kim loại sẽ tăng lên. Vật đúc nhỏ sẽ nguội nhanh nên không cần xử lý nhiệt

Để có được đặc tính cơ học tối đa, hãy xử lý bằng dung dịch đặc biệt ở nhiệt độ cao, sau đó làm nguội và để lão hóa tự nhiên hoặc nhân tạo

Hợp kim nhôm được sử dụng trong đúc nhôm khuôn vĩnh viễn

 366: Sản xuất súng lục và ô tô

 355.0, C355.0, A357.0: sản xuất hộp số, cho các bộ phận có độ bền cao như bộ phận tên lửa

 356.0, A356.0: chi tiết máy, bánh xe máy bay…

Ưu điểm của đúc nhôm khuôn vĩnh viễn

 Đặc tính đúc nhôm cao do tốc độ làm nguội nhanh của vật đúc

 Tỷ lệ co ngót nhôm thấp và khuyết tật về độ xốp của khí. Dung sai kích thước chỉ khoảng 1mm

 Chất lượng bề mặt tốt 1-6 µm Ra

 Ít phế liệu hơn

Nhược điểm của vỏ nhôm khuôn cố định

 Giá cao

 Khó chế tạo được các sản phẩm đúc nhôm có độ phức tạp cao, kích thước lớn

 Khó điều chỉnh thiết kế sản phẩm

Các ứng dụng đúc nhôm khuôn vĩnh viễn

Trong ngành công nghiệp ô tô, tạo ra các bộ phận như bánh răng, vật đúc, hệ thống treo, vỏ phun nhiên liệu và piston động cơ. Các bộ phận của máy bay cũng thường được chế tạo bằng cách đúc nhôm khuôn vĩnh viễn

Quá trình đúc nhôm này được sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô và máy bay để tạo ra các bộ phận như bánh răng, hệ thống treo, súng lục, vỏ nhiên liệu, v.v

5 Đúc nhôm đầu tư

Đúc đầu tư nhôm Đúc nhôm đầu tư, còn được gọi là đúc sáp mất nhôm, là phương pháp đúc nhôm bằng cách chèn sáp hoặc nhựa nhiệt dẻo vào khuôn kim loại hoặc cao su đúc sẵn

Mẫu sáp được gom lại và ghép lại thành cành cây nối với hệ thống cổng để đúc cùng một mẻ. Các mẫu sáp bây giờ sẽ được áp dụng đầu tư bằng vật liệu chịu lửa. Quá trình này được lặp lại cho đến khi lớp vỏ ngoài đạt độ dày 5-15mm. Vỏ này là khuôn đầu tư Sau đó sấy khô và đun nóng cây để sáp bên trong chảy ra ngoài, để lại khoang bên trong của khuôn có hình dạng đúc như mong muốn

Khuôn đầu tư sau đó được làm nóng trước khi đổ chất lỏng nhôm. Bất kỳ vết nứt nào xuất hiện trên khuôn đều có thể được sửa chữa bằng gốm hoặc vật liệu đặc biệt

Nhôm nóng chảy được đổ vào khuôn, sau khi khô chỉ để phá hủy lớp vỏ gốm bên ngoài. Vật đúc được lấy ra khỏi cây và chuyển sang quá trình hoàn thiện

Ưu điểm của nhôm đúc đầu tư

 Bề mặt hoàn thiện cao, độ chính xác kích thước cao

 Có thể đúc các bộ phận đúc nhôm phức tạp

 Nhiều vật đúc bằng nhôm được đúc cùng một lúc.

Nhược điểm của đúc nhôm đầu tư

 Chi phí sản xuất cao

 Với việc đúc bao gồm cả lõi thì việc đúc sẽ phức tạp và khó khăn

 Đòi hỏi chu kỳ sản xuất dài hơn

 Thường chỉ thích hợp cho các bộ phận đúc nhôm có kích thước nhỏ

Ứng dụng đúc nhôm đầu tư

Công nghệ đúc sáp Lost có nhiều ứng dụng như sản xuất các chi tiết đúc nhôm trong ngành hàng không vũ trụ, công nghiệp điện lực, vũ khí, ô tô, quân sự, khí đốt, dầu khí…

6 Đúc ly tâm nhôm

Đúc ly tâm nhôm Đúc ly tâm bằng nhôm là quá trình đúc nhôm trong đó khuôn được làm bằng kim loại, thạch cao hoặc than chì. Khuôn được quay trên máy đúc ly tâm, còn ở bên ngoài nhôm nóng chảy được đổ vào khuôn. Nhôm lỏng sẽ được phân bố đều lên thành khuôn dựa vào lực ly tâm và cứng lại theo hình dạng của khuôn

Có hai loại khuôn đúc ly tâm: đúc ly tâm thẳng đứng với trục thẳng đứng và đúc ly tâm ngang với trục ngang. Động cơ quay của khuôn làm quay khuôn để trải đều kim loại lên bề mặt khuôn

Ưu điểm của đúc ly tâm nhôm

 Kích thước chi tiết đúc nhôm có độ chính xác cao do lực ly tâm hạn chế và kim loại được đóng kín

 Nhôm đúc có tính chất cơ lý cao, bên ngoài có tổ chức kim loại nhỏ mịn

 Không cần dùng lõi nhưng vẫn có thể để trống ở giữa giúp tiết kiệm chi phí sản xuất lõi

 Không cần hệ thống đổ để tiết kiệm kim loại

Nhược điểm của đúc ly tâm nhôm

 Bề mặt bên trong của các bộ phận đúc ly tâm bằng nhôm có độ hoàn thiện kém, nhiều tạp chất và đường kính bên trong không chính xác

 Thường chỉ thích hợp để đúc các bộ phận bằng nhôm hình tròn hoặc hình trụ. Với các hình dạng đúc phức tạp cần kết hợp với phương pháp đúc khuôn vỏ

Ứng dụng đúc ly tâm

Đúc ly tâm được các xưởng đúc nhôm sử dụng để sản xuất các bộ phận đúc nhôm của máy nén động cơ phản lực, ống lò hóa dầu và nhiều thiết bị quân sự và quốc phòng

7 Nhôm đúc liên tục

Đúc nhôm liên tục

Nhôm Đúc liên tục là quá trình đúc trong đó hợp kim nhôm được đổ liên tục vào khuôn có hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn. Bất cứ nơi nào vật đúc được thực hiện, nó sẽ được làm nguội ngay lập tức và loại bỏ

Bố trí ngay sau hệ thống đúc sẽ là dây chuyền dập, cán liên tục. Sản phẩm đúc là các thanh, tấm, ống nhôm có kích thước lên tới 0,2x1m

Nó là một hệ thống đúc rất hiệu quả và được sử dụng rộng rãi trong các xưởng đúc nhôm và thép

Ưu điểm của đúc liên tục

 Do được làm nguội nhanh nên nhôm đúc liên tục có tính chất cơ lý cao

 Tự động hóa dễ dàng mang lại năng suất cao

 Bề mặt đúc hoàn hảo, các hạt kim loại được tổ chức chặt chẽ

Nhược điểm của nhôm đúc liên tục

 Chỉ phù hợp với những sản phẩm đúc nhôm có hình dáng đơn giản

 Không thể đúc các vật thể có chiều dài mặt cắt ngang

 Chi phí xây dựng ban đầu cao.

Ứng dụng đúc nhôm liên tục

Nhôm đúc liên tục được dùng để đúc các thanh kim loại, ống kim loại có kích thước khác nhau

Ngoài ra, còn có một số phương pháp đúc nhôm khác được sử dụng để chế tạo các ứng dụng đúc nhôm như quy trình đúc kín chân không, đúc Ablation, mất bọt Chúng cũng có nhiều ưu điểm tương tự như các quy trình đúc trên

II QUY TRÌNH ĐÚC ĐẾN XỬ LÍ BỀ MẶT CHẤT LIỆU

1 Phương pháp đúc khuôn cát thủ công đối với điêu khắc

 Mặc dù có nhiều loại đúc kim loại nhưng đúc cát là loại được sử dụng phổ biến nhất

 Quá trình này nghe có vẻ đơn giản. Một bản sao của vật phẩm kim loại mong muốn được đẩy vào cát đúc, nơi nó tạo ra một “âm bản” rỗng của vật

thể. Khoảng trống đó được lấp đầy bằng kim loại nóng chảy, ghi lại các chi tiết của nó. Khi khoảng trống nguội đi, vật kim loại được kéo ra khỏi cát, giữ nguyên thiết kế ban đầu một cách trung thực

 Bất kỳ ai đã từng xây dựng một lâu đài cát hoặc tác phẩm điêu khắc bằng cát phức tạp đều có một số kinh nghiệm về việc cát có thể hữu ích như thế nào trong việc chụp các thiết kế nhỏ. Ngoài tính dẻo, cát không tốn kém và có khả năng đàn hồi trong điều kiện nhiệt độ cao cần thiết cho quá trình đúc kim loại

Quy trình đúc nhôm: Hướng dẫn từng bước

Quá trình đúc nhôm rất phức tạp và đòi hỏi kỹ năng, kinh nghiệm và kiến thức về các đặc tính của nhôm. Nó có thể được chia thành ba bước chính: nấu chảy nhôm, đổ nhôm, làm nguội và hoàn thiện quá trình đúc