Những công nghệ đúc khuôn kim loại phổ biến nhất hiện nay

Trong bối cảnh kinh tế hội nhập, các doanh nghiệp tham gia vào chuỗi sản xuất toàn cầu cần đẩy mạnh nâng cao năng lực về kỹ thuật gia công khuôn mẫu nói chung và khuôn kim loại nói riêng. Các công nghệ này giúp tối ưu hóa sản xuất và gia công chính xác, nâng cao tính cạnh tranh trước sự biến động của thị trường. Chính vì thế, việc cập nhật những công nghệ đúc khuôn kim loại phổ biến nhất hiện nay là vô cùng cần thiết. Hãy cùng RX Tradex tìm hiểu tại bài viết sau.

1. Công nghệ đúc khuôn kim loại cát tươi.

Công nghệ đúc khuôn cát tươi (Sand casting) là phương pháp đúc sử dụng khuôn làm bằng cát để đúc. Khuôn cát chỉ sử dụng một lần. Khi sử dụng cần rót kim loại lỏng vào khuôn, sau đó để nguội và lấy vật đúc ra ngoài bằng cách phá vỡ khuôn.

Ưu điểm:

• Chi phí đầu tư thấp nếu sản xuất nhỏ.
• Đúc được cả hợp kim đen và hợp kim màu.
• Có thể đúc được những chi tiết cực lớn.

Nhược điểm:

• Trọng lượng đúc vượt hơn nhiều so với trọng lượng vật cần đúc.
• Bề mặt không mịn đối với sản phẩm yêu cầu độ chi tiết cao.

2. Công nghệ đúc khuôn cát khô.

Công nghệ đúc trong khuôn cát này là quá trình ứng dụng những khuôn cát tươi được định hình và sấy trong lò với thời gian nhất định để tạo thành một loại khuôn khô cứng cáp. Công nghệ đúc kim loại này dùng khí cacbonic và dung dịch silicat natri trộn vào cát để hình thành khuôn.

Ưu điểm:

• Chi phí làm khuôn thấp.
• Khả năng đúc cho nhiều loại vật liệu phức tạp.
• Tương thích cho nhiều loại chất liệu đúc.
• Dễ dàng lấy sản phẩm ra khỏi khuôn.

Nhược điểm:

• Dư thừa vật liệu nhiều.
• Bề mặt của sản phẩm không được bóng mịn.
• Tốn nhiều nhân lực.
• An toàn chưa được chú trọng.

3. Công nghệ đúc theo mẫu cháy.

Công nghệ đúc theo mẫu cháy (lost foam casting) sử dụng mẫu đúc gần tương tự với khuôn đúc bằng cát. Tuy nhiên, chúng lại làm bằng vật liệu dễ chảy như hạt nhựa polystyrene, sau đó được định hình để tiến hành nung vỏ khuôn và mẫu. Nhiệt độ cao từ kim loại nóng chảy sẽ làm cho các mẫu bốc cháy, hình thành vật đúc để đẩy ra khỏi lòng khuôn. Khi đó, mẫu sẽ được đúc chảy ra để lại phần lòng khuôn rỗng. 

Ưu điểm:

• Độ chính xác cao.
• Đúc được các chi tiết có độ phức tạp cao, các vật liệu khó nóng chảy.
• Cải thiện chất lượng vật đúc, bề mặt thành phẩm nhẵn mịn.
• Quy trình đúc mẫu cháy tương đối đơn giản.
• Sản phẩm ít khuyết tật.

Nhược điểm:

• Khuôn mẫu dùng một lần, cần tự động hóa để giảm thời gian tạo mẫu.
• Rỗ, lẫn khí bên trong sản phẩm.
• Vì mỗi lần đúc đòi hỏi một mô hình mới, nên tốn nhiều chi phí.
• Hạn chế về phần dày tối thiểu của mẫu.
• Chất lượng đúc phụ thuộc hoàn toàn vào chất lượng của các mô hình.
• Vật đúc được tạo ra bằng phương pháp đúc này lại có độ bền không cao.
• Dễ gãy và vỡ nếu chịu tác động mạnh.

4. Công nghệ đúc theo mẫu chảy.

Công nghệ đúc theo mẫu chảy (investment casting/lost wax casting) là một công nghệ đúc kim loại đặc biệt, trong đó mẫu được làm chảy lỏng và thoát khỏi khuôn. Sau đó, mẫu thoát ra khỏi khuôn và để lại một hốc có hình dáng tương tự vật đúc. Kim loại lỏng được rót vào khuôn, khi đông đặc lại thì vật đúc được hình thành.

Ưu điểm: 

• Đúc được các chi tiết phức tạp, nhiều bộ phận khó.
• Kích thước đúc chính xác, có thể đạt dung sai 0,075 mm.
• Bề mặt vật đúc tốt.
• Vật liệu làm mẫu có thể tái sử dụng.
• Thành phẩm thường không cần gia công cơ khí, có thể đúc được hầu hết kim loại và hợp kim.

Nhược điểm:

• Kích thước có thể đúc thường nhỏ do thanh khuôn thường mỏng, khó vững.
• Chi phí cao do cần đầu tư nhiều trang thiết bị.
• Quy trình sản xuất dài, nhiều công đoạn.

5. Công nghệ đúc khuôn cát nhựa.

Đây là công nghệ đúc kim loại mới với cát đã được nhà máy xử lý bao bọc 1 lớp nhựa. Khi sản xuất đem trộn cát với axit formaldehit, sẽ được khuôn cát nhựa đóng rắn nguội, hoặc đem nung nóng sẽ được khuôn đóng rắn nóng.

Ưu điểm:

• Sản xuất nhanh, tối ưu sản lượng.
• Chất liệu, kết cấu và màu sắc linh hoạt.
• Giảm các hoạt động hoàn thiện.
• Khả năng sử dụng nhiều vật liệu.
• Chi phí lao động thấp.
• Tính linh hoạt trong thiết kế.

Nhược điểm:

• Chi phí ban đầu cao.
• Thời gian thực hiện.
• Không hiệu quả về chi phí.
• Thiết kế còn hạn chế.

6. Các công nghệ đúc khuôn kim loại tự đông cứng (No bake).

6.1. Công nghệ đúc khuôn kim loại Furan.

Furan casting còn được gọi là công nghệ đúc cát nhựa Furan. Đây là 1 hình thức công nghệ đúc khuôn cát không nung được sử dụng khá phổ biến. Trong đó nhựa Furan đóng vai trò như 1 chất kết dính, được trộn với cát và chất xúc tác theo tỷ lệ thích hợp để tạo ra khuôn đúc.

Ưu điểm:

• Đúc được các vật đúc lớn, phức tạp.
• Sản phẩm sau đúc có bề mặt nhẵn, đường viền vật đúc rõ ràng, đảm bảo yêu cầu thẩm mỹ.
• Đúc cát Furan có độ chính xác cao, hạn chế khuyết tật cho vật đúc.
• Khuôn cát Furan được sấy khô dưới nhiệt độ nên tiết kiệm nhân công và thời gian.
• Cát tái sinh 100% đảm bảo tính kinh tế và góp phần bảo vệ môi trường.

Nhược điểm:

• Chi phí đầu tư cho dây chuyền công nghệ đúc Furan cao.
• Khó ứng dụng để sản xuất đúc thép do tính thấm khí kém.
• Yêu cầu cao về chất lượng của các nguyên liệu thô làm khuôn.

6.2. Công nghệ đúc khuôn kim loại Pepset.

Công nghệ đúc kim loại này sử dụng chất kết dính hữu cơ gồm 3 thành phần: Polyol, Urethane, Pyridin. Công nghệ Pepset (Polyurethane) được ứng dụng làm khuôn và lõi đơn chiếc để đúc hầu hết các loại kim loại (gang, thép, nhôm).

Ưu điểm:

• Ít gây bẩn và ít formaldehyde.
• Độ phá khuôn tốt.

Nhược điểm: 

• Rất độc hại khi sử dụng.
• Chất đông cứng có giá thành cao.
• Thời gian sử dụng ngắn.

6.3. Công nghệ đúc khuôn kim loại Alphaset: Phenol Resol – Ester.

Công nghệ này được làm từ chất kết dính Alphaset dạng lỏng. Chúng là một hợp chất polyme giữa phenol, formaldehyde và chất đông cứng là một ester (triacetin). Công nghệ được ứng dụng phổ biến để làm khuôn và lõi thủ công trong đúc gang, thép.

Ưu điểm: 

• Không tạo mùi khó chịu khi sản xuất.
• Hạn chế ảnh hưởng đến môi trường.
• Chất lượng phôi tốt, bề mặt láng.

Nhược điểm:

• Cát tái sinh không dễ như của cát furan. 
• Chất lượng tái sinh không được tốt. 
• Tuổi thọ chất kết dính ngắn.

6.4. Công nghệ đúc khuôn kim loại nước thuỷ tinh Ester.

Công nghệ nước thuỷ tinh được ứng dụng làm khuôn và lõi tại nhiều nơi trên thế giới, trong đó có Việt Nam. Khuôn, lõi kích thước nhỏ được đông cứng với khí CO2. Khuôn, lõi kích thước lớn được đông cứng với Ester (dạng lỏng).

Ưu điểm: 

• Không mùi, hạn chế ảnh hưởng đến môi trường. 
• Tính kinh tế cao do chi phí rẻ.

Nhược điểm: 

• Chất lượng phôi kém, không chính xác.
• Bề mặt không mịn.
• Độ phá khuôn cũng không tốt. 
• Cát không tái sinh được.

7. Công nghệ đúc khuôn vỏ mỏng.

Đúc khuôn vỏ mỏng (shell molding) là một quá trình đúc chính xác để chế tạo là những chi tiết có hình dáng sắc cạnh từ các hợp kim. Hiệu quả chủ yếu khi áp dụng phương pháp tạo mẫu nhanh trong công nghệ đúc khuôn vỏ mỏng là khả năng tạo ra mẫu có độ chính xác cao và thời gian tạo mẫu ngắn. Công nghệ này là dạng đúc trong khuôn cát nhưng thành khuôn mỏng 6÷10 mm.

Ưu điểm:

• Đúc được các chi tiết có hình dạng phức tạp, chính xác với các chi tiết đẹp và bề mặt hoàn thiện tốt.
• Thông khí tốt, truyền nhiệt kém.
• Vật đúc ít rỗ, xốp và nứt, đạt được chất lượng tốt, ít khuyết tật.
• Quá trình tháo dỡ khuôn, làm sạch vật đúc đơn giản.
• Cơ khí hóa và quy trình làm khuôn nhanh,

Nhược điểm:

• Không đúc được sản phẩm có kích thước lớn.
• Có mặt phân khuôn.
• Chi phí vật mẫu rất đắt vì cần chịu nhiệt cao và độ chính xác cao.

8. Công nghệ đúc khuôn kim loại thông thường.

Công nghệ này hay còn gọi là Permanent mold casting tương tự đúc trong khuôn cát, nhưng chúng sử dụng vật liệu làm khuôn là kim loại. Công nghệ chế tạo kim loại này sử dụng trọng lực để lấp đầy khuôn, tuy nhiên áp suất khí hoặc chân không cũng được sử dụng. Một số vật liệu khác cũng được ứng dụng để làm khuôn như: Hợp kim thiếc, kẽm, chì và sắt thép,…

Ưu điểm:

• Tốc độ kết tinh của hợp kim đúc rất nhanh, cơ tính của vật đúc đảm bảo tốt.
• Độ bóng bề mặt, độ chính xác của lòng khuôn cao nên tạo ra chất lượng vật đúc tốt.
• Tuổi thọ của khuôn kim loại cao.
• Tiết kiệm được thời gian làm khuôn, nâng cao năng suất.

Nhược điểm:

• Không đúc được các chi tiết quá phức tạp, thành mỏng và khối lượng lớn.
• Khuôn kim loại không có tính lún và không có khả năng thoát khí.
• Giá thành chế tạo khuôn cao.

9. Công nghệ đúc khuôn kim loại chân không.

Đúc chân không (vacuum casting) còn được gọi là công nghệ sản xuất sử dụng chân không để hút vật liệu lỏng vào khuôn mẫu. Công nghệ này tận dụng sự chênh lệch áp suất trong khuôn để điền đầy vật liệu vào khuôn. Đây là một công nghệ đúc dạng mới với cát khô (không nhựa, không nước, không chất xúc tác,…).

Ưu điểm:

• Thời gian sản xuất nhanh.
• Chi phí thấp.
• Chất lượng của thành phẩm cao.

Nhược điểm:

• Chỉ kiểm soát được chất lượng một bề mặt của chi tiết gia công.
• Giới hạn số lần sử dụng của mỗi khuôn.

10. Công nghệ đúc khuôn ly tâm.

Đúc kim loại ly tâm (centrifugal casting) là phương pháp đổ đầy kim loại nóng chảy vào lòng khuôn đang quay, nhờ vào lực ly tâm kim loại lỏng sẽ bám đều vào thành và nguội tại đó. Công nghệ đúc khuôn kim loại này được sử dụng để đúc các vật thể rỗng ruột, tròn.

Ưu điểm:

• Vật đúc ít bị khuyết tật, rỗ khí, kết cấu sản phẩm bền chắc.
• Ít tốn vật liệu.
• Có thể đúc được sản phẩm gồm nhiều kim loại riêng biệt.
• Đúc được vật có hình dáng tròn, rỗng mà không cần dùng lõi do đó tiết kiệm được vật liệu và công làm lõi.
• Do tác dụng của lực ly tâm mà kim loại điền đầy khuôn tốt, có thể đúc được vật mỏng.

Nhược điểm:

• Đường kính lỗ có thể không chính xác và bề mặt không được đẹp.
• Chất lượng bề mặt trong của vật đúc kém, do chứa nhiều tạp chất và xỉ.
• Khuôn quay ở tốc độ cao nên cần cân bằng để đảm bảo an toàn.

11. Công nghệ đúc liên tục.

Đúc liên tục (continuous casting) là công nghệ rót kim loại lỏng đểu và liên tục vào khuôn bằng kim loại, xung quanh hoặc bên trong khuôn có nước lưu thông làm nguội. Nhờ truyền nhiệt nhanh nên kim loại lỏng sau khi rót vào khuôn được kết tinh ngay. Vật đúc được kéo liên tục ra khỏi khuôn bằng những cơ cấu đặc biệt như: Con lăn hay bàn kéo,…

Ưu điểm:

• Có khả năng đúc được các loại ống, thỏi và các dạng định hình khác bằng thép, gang, kim loại màu,… 
• Vật đúc không bị rỗ co, rỗ khí, rỗ xỉ, ít bị thiên tích; có độ mịn chặt cao, chất lượng bề mặt tốt.
• Năng suất cao, giảm hao phí chế tạo khuôn, phế phẩm ít nên giá thành chế tạo thấp.

Nhược điểm:

• Chỉ áp dụng được các sản phẩm có hình dạng đơn giản, không đúc được các chi tiết có thiết điện thay đổi.
• Cần có một không gian rộng để có thể vận hành được quy trình.
• Tốc độ nguội nhanh gây nên áp suất bên trong lớn, làm cho vật đúc dễ bị nứt.

12. Công nghệ đúc trọng lực.

Công nghệ đúc trọng lực (gravity casting) là phương pháp gần tương tự như đúc trong khuôn cát. Khi chế tạo cần đổ kim loại nóng chảy từ nồi nấu kim loại vào khuôn chỉ dưới lực hấp dẫn mà không sử dụng khí điều áp, chân không hoặc lực ly tâm.

Ưu điểm:

• Khuôn đúc tái sử dụng được nhiều lần.
• Đúc được các chi tiết phức tạp, nhưng chất lượng sẽ không được như đúc bằng khuôn cát.
• Chất lượng bề mặt tốt, sai số nhỏ.
• Đúc được vật dụng có độ dày trung bình từ 3-4mm.
• Giá thành rẻ hơn khi đúc số lượng lớn, thời gian đúc được rút ngắn hơn.

Nhược điểm:

• Tốn chi phí lớn cho khuôn đúc.
• Chỉ áp dụng được cho những kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp.
• Khó áp dụng cho những trường hợp đúc khối lượng lớn.
• Lỗi, khuyết tật sản phẩm xảy ra cao hơn do thoát khí kém.

Tổng kết.

Những công nghệ đúc khuôn kim loại phổ biến nhất hiện nay ở trên, được ứng dụng vào các máy móc hiện đại trong lĩnh vực khuôn nhựa nói riêng và ngành công nghiệp khuôn mẫu nói chung. Các công nghệ chế tạo kim loại mới nàyChúng mang đến nhiều lợi ích vượt trội và dần thay thế những công nghệ cũ trước đây. Ngoài ra, để học hỏi và trải nghiệm các giải pháp mới hiệu quả, doanh nghiệp có thể tham dự các triển lãm quốc tế hàng đầu trong ngành sản xuất máy móc, chẳng hạn như Triển lãm METALEX Việt Nam 2023, do công ty RX Tradex Vietnam tổ chức. Sự kiện này sẽ giúp các công ty làm chủ các công nghệ mới nhất áp dụng trong đúc khuôn kim loại, nâng cao độ chính xác và tối ưu hóa năng suất. Ngoài ra, trong năm 2023 RX Tradex còn tổ chức các triển lãm quốc tế hàng đầu như: Vietnam Manufacturing Expo, NEPCON Vietnam và Waste and Recycling Vietnam, là địa điểm để các doanh nghiệp kết nối, giao thương hoặc tìm kiếm đối tác chiến lược, chiến lược và khách hàng tiềm năng.