Bộ phận đúc nhôm và đúc nhôm cát: Quy trình, ứng dụng và bảo trì
Các bộ phận bằng nhôm rời khỏi sàn nhà máy qua nhiều tuyến đường. Một số được hình thành dưới áp suất cao bên trong khuôn thép cứng, một số khác được tạo hình từ từ bên trong lớp cát liên kết. Lựa chọn giữa bộ phận đúc nhôm và các thành phần nhôm đúc cát phụ thuộc vào độ dày thành, khối lượng đặt hàng, ngân sách dụng cụ và bề mặt hoàn thiện mà một dự án thực sự cần. Các phần bên dưới sẽ hướng dẫn cách hoạt động của từng phương pháp, từng phương pháp được sử dụng ở đâu, những gì có thể xảy ra trong quá trình tạo hình và cách làm sạch phần cứng bằng nhôm hoàn thiện sau khi đưa vào sử dụng.
Dung sai lặp lại chặt chẽ
Phun áp suất cao lấp đầy khoang khuôn trong một phần giây, do đó độ dày thành và vị trí lỗ lặp lại chặt chẽ từ lần bắn đầu tiên đến phần mười nghìn. Sự nhất quán này là lý do tại sao bộ phận đúc nhôm được chọn cho vỏ và giá đỡ phải bắt vít vào các bộ phận ghép nối mà không cần lắp bằng tay.
Khả năng tường mỏng
Bởi vì nhôm nóng chảy bị đẩy vào khoang dưới áp suất chứ không phải do trọng lực đổ vào, nên những bức tường mỏng khoảng 1 mm vẫn có thể lấp đầy hoàn toàn trước khi kim loại đóng băng, giúp giữ cho các bộ phận hoàn thiện nhẹ mà không làm mất đi độ cứng.
Bề mặt đúc mịn
Khuôn thép tạo ra kết cấu bề mặt mịn trực tiếp lên vật đúc, giảm hoặc loại bỏ nhu cầu gia công thứ cấp trên các bề mặt thẩm mỹ và giảm lượng xử lý hậu kỳ mà vỏ hoặc tấm phủ yêu cầu trước khi xuất xưởng.
Hiệu quả ở khối lượng
Thời gian chu kỳ được tính bằng giây thay vì phút khiến quy trình phù hợp để chạy cùng một hình dạng hàng nghìn lần, đó là lý do tại sao giá đỡ động cơ, vỏ hộp số và vỏ điện tử phải dựa vào phương pháp này sau khi thiết kế hoàn tất.
Ưu điểm của việc đúc cát cho các bộ phận bằng nhôm
Đúc cát có một cách tiếp cận khác và giành được vị trí của nó vì nhiều lý do khác nhau. Thay vì ép kim loại vào khuôn cứng, quy trình này gói cát trộn với chất kết dính xung quanh mẫu, sau đó loại bỏ mẫu để lại một khoang mà nhôm nóng chảy sẽ lấp đầy bằng trọng lực. Điều này làm thay đổi tính kinh tế và hình học có thể được sản xuất trên thực tế.
Đầu tư dụng cụ thấp
Các mẫu có thể được chế tạo từ gỗ, xốp hoặc nhựa in 3D thay vì thép cứng, giúp giảm chi phí trả trước khi bắt đầu đánh số bộ phận mới và rút ngắn thời gian từ khi vẽ xong đến khi lấy mẫu đầu tiên.
Khả năng phần lớn
Đổ trọng lực không áp đặt các giới hạn áp suất tương tự như trong đúc khuôn, vì vậy vỏ máy bơm, vỏ hộp số và đế máy có độ dày tiết diện vượt quá mức mà khuôn có thể xử lý một cách an toàn sẽ thoát ra khỏi khuôn mà không gặp khó khăn.
Thiết kế linh hoạt giữa các lần chạy
Một mẫu có thể được làm lại hoặc một mẫu mới được cắt nhanh chóng khi thiết kế thay đổi, tránh mất thời gian và chi phí sửa đổi hoặc thay thế khuôn thép mỗi khi kích thước cần điều chỉnh trong quá trình phát triển.
Phù hợp với hoạt động khối lượng thấp
Khi chỉ cần một số ít đơn vị hoặc thời gian sản xuất ngắn, việc phân bổ chi phí khuôn thép cho rất ít bộ phận hiếm khi có ý nghĩa, vì vậy khuôn cát vẫn là con đường thực tế hơn cho nguyên mẫu và sản xuất hàng loạt giới hạn.
So sánh các thông số đúc cạnh nhau
Bảng dưới đây liệt kê ba tuyến đường tạo hình nhôm phổ biến nhất dựa trên các biến số thường quyết định xem bản vẽ nào nên được định hướng tới.
| tham số | Đúc khuôn | Đúc cát | Đúc khuôn vĩnh viễn |
|---|---|---|---|
| Chi phí dụng cụ | Cao | Thấp | Trung bình |
| Độ chính xác kích thước | ± 0,05 đến 0,1 mm điển hình | ± 0,5 đến 1,5 mm điển hình | ± 0,2 đến 0,5 mm điển hình |
| Kích thước lô được đề xuất | Hàng ngàn trở lên | Đơn vị đến vài trăm | Hàng trăm đến vài nghìn |
| Độ dày tường có thể đạt được | 1 mm đến 4 mm | 5 mm đến 50 mm | 3 mm đến 20 mm |
| Độ nhám bề mặt đúc | Ra 1,5 đến 3,0 micromet | Ra 6,0 đến 12,5 micromet | Ra 3,0 đến 6,0 micromet |
| Thời gian chu kỳ điển hình | Vài giây đến vài phút | Số giờ bao gồm chuẩn bị khuôn | Số phút mỗi lần truyền |
Các ứng dụng đúc nhôm cát thông thường
Vì khuôn cát có thể chịu được các phần lớn, nặng và hình dạng không đều mà không chịu áp lực của khuôn nên một số loại phần cứng nhất định hầu như chỉ được chế tạo thông qua tuyến đường này.
Vỏ máy bơm
Các đường dẫn nước bên trong và các mặt bích lắp được đúc thành một khối, tránh các đường nối cần bịt kín.
Thân van
Các bức tường dày xung quanh các cổng ren giữ áp suất trong khi các kênh dòng chảy bên trong hình thành rõ ràng trong quá trình rót.
Mặt bích và phụ kiện
Vòng tròn bu lông và bề mặt bịt kín được đúc gần với kích thước hoàn thiện, chỉ để lại bề mặt tiếp giáp được gia công.
Đế máy công cụ
Các phần nặng, cứng giúp giảm độ rung trong quá trình vận hành, có kích thước vượt quá giới hạn đúc khuôn.
Phụ tùng thiết bị nông nghiệp
Vỏ và giá đỡ hộp số tiếp xúc với tải trọng ngoài trời và tác động lặp đi lặp lại trong quá trình sử dụng tại hiện trường.
Phần cứng hàng hải
Giá đỡ, vỏ và phụ kiện kết hợp khả năng chống ăn mòn của nhôm với khả năng đúc mặt cắt lớn của cát.
Cách đúc các bộ phận bằng nhôm
Bất kể loại khuôn nào được sử dụng, việc tạo thành một bộ phận bằng nhôm đều tuân theo cùng một trình tự từ mẫu đến đúc hoàn thiện.
Chuẩn bị mẫu hoặc khuôn
Một mẫu được chế tạo để đúc cát hoặc khuôn thép cứng được gia công để đúc áp lực, phù hợp với hình dạng bộ phận cuối cùng cộng với độ co ngót cho phép.
tan chảy
Hợp kim nhôm được nung nóng đến khoảng 660 đến 720 độ C trong nồi nấu kim loại hoặc lò cảm ứng cho đến khi nó đạt đến trạng thái hoàn toàn lỏng, có thể rót được.
Khử khí và thông lượng
Một chất khử khí sẽ loại bỏ hydro hòa tan và chất trợ dung sẽ kéo các tạp chất oxit lên bề mặt, làm giảm độ xốp trong vật đúc thành phẩm.
Đổ hoặc tiêm
Kim loại nóng chảy được đổ bằng trọng lực vào khoang cát hoặc được bơm dưới áp suất vào khuôn, lấp đầy khuôn trước khi bề mặt bắt đầu đông đặc.
Làm mát và hóa rắn
Làm mát có kiểm soát cho phép vật đúc đông đặc từ phần mỏng nhất đến phần dày nhất, hạn chế các lỗ co ngót và ứng suất bên trong.
Demolding và hoàn thiện
Vật đúc được tách ra khỏi cát hoặc khuôn, các cổng và ống nâng được cắt bỏ, và bộ phận này sẽ chuyển sang mài, xử lý nhiệt hoặc gia công theo yêu cầu.
Cách đúc các bộ phận bằng nhôm at Home
Một phiên bản đơn giản hóa của quy trình tương tự nằm trong tầm tay của một xưởng sản xuất theo sở thích. Một lò đốt bằng khí propan hoặc than nhỏ làm tan chảy nhôm phế liệu trong nồi nấu bằng thép hoặc than chì, trong khi mẫu bằng gỗ hoặc in 3D được ép vào cát đúc ẩm tạo thành khoang. Sau khi mẫu được rút ra, cổng rót và rãnh thông hơi sẽ được cắt bằng tay trước khi đóng và kẹp hai nửa khuôn. Kim loại nóng chảy được đổ đều đặn để tránh bẫy không khí, sau đó để nguyên cho đến khi vật đúc đủ nguội để xử lý. Ở quy mô này, thiết bị an toàn quan trọng hơn chứ không phải ít hơn: tấm chắn mặt, găng tay chịu nhiệt và tay áo dài bảo vệ chống bắn nước và đổ nước phải luôn diễn ra trên bề mặt khô, không bắt lửa, tránh xa mọi dấu vết ẩm ướt, vì nước đọng trong cát ẩm hoặc dụng cụ ướt có thể bốc hơi khi tiếp xúc với nhôm nóng chảy.
Tôi có thể sử dụng gì để đúc nhôm?
Sự lựa chọn vật liệu diễn ra theo hai hướng: vật liệu khuôn và hợp kim nhôm.
Vật liệu khuôn
Cát silic được liên kết với đất sét hoặc chất kết dính hóa học cho các khuôn dùng một lần, thép gia công cho các chu trình đúc khuôn lặp đi lặp lại và than chì hoặc gang cho các khuôn cố định được tái sử dụng trong quá trình sản xuất vừa phải.
Các lớp hợp kim phổ biến
A356 và A357 dành cho các bộ phận cần độ bền cao hơn sau khi xử lý nhiệt, ADC12 và A380 dành cho vật đúc thông thường và 6061 dành cho vật đúc sau này sẽ được gia công và yêu cầu khả năng gia công tốt.
Thiết bị lò nung
Lò nung nồi nấu kim loại được đốt bằng propan, khí tự nhiên hoặc các thành phần điện trở cho các mẻ nhỏ hơn và lò nung cảm ứng để nấu chảy nhanh hơn khi thông lượng quan trọng hơn chi phí nhiên liệu.
Vật liệu phụ trợ
Viên khử khí, chất trợ dung phủ, lớp phủ tách khuôn và ống lót, mỗi loại giải quyết một nguy cơ khuyết tật cụ thể trong quá trình nóng chảy và đổ chứ không phải hình dạng của chính bộ phận đó.
Dây chuyền đúc nhôm là gì?
Đường phân khuôn đánh dấu nơi hai nửa khuôn hoặc khuôn gặp nhau và tách ra để giải phóng sản phẩm đúc thành phẩm. Vị trí của nó được chọn ở mặt cắt ngang rộng nhất của bộ phận để cả hai nửa có thể rút ra một cách sạch sẽ mà không bị khóa vào phần cắt dưới. Đường phân khuôn được đặt không đúng cách sẽ buộc phải thực hiện thêm công việc cốt lõi, thêm các góc nháp không cần thiết hoặc để lại đèn flash thừa mà phải loại bỏ bằng tay. Trên vật đúc đã hoàn thiện, đường phân khuôn thường xuất hiện dưới dạng một đường may mờ hoặc một đường hơi nhô lên chạy xung quanh bộ phận và việc thấy gia công nhẹ hoặc mài dọc theo đường may đó trong quá trình kiểm tra cuối cùng là điều bình thường thay vì coi nó như một khuyết tật.
Đúc nhôm khó như thế nào?
Nhôm nằm ở giữa phạm vi khó khăn khi đúc kim loại. Điểm nóng chảy vừa phải và tính lưu động tốt khiến nó có độ bền cao hơn sắt hoặc thép, nhưng một số loại khuyết tật vẫn cần được chú ý ở mọi giai đoạn đổ.
Độ xốp khí
Nhôm nóng chảy dễ dàng hấp thụ hydro ở nhiệt độ cao và khí đó thoát ra khỏi dung dịch khi kim loại nguội đi, để lại những khoảng trống nhỏ trừ khi quá trình khử khí được thực hiện đúng cách trước khi rót.
Khoang co ngót
Nhôm co lại đáng chú ý khi nó đông đặc lại, do đó, các phần dày nguội đi sau khi kim loại xung quanh đã đông cứng có thể kéo vào trong và để lại khoảng trống bên trong.
Tắt lạnh
Hai dòng kim loại gặp nhau sau khi một trong hai dòng đã bắt đầu bong ra không thể hợp nhất hoàn toàn, để lại một đường yếu rõ ràng trên bề mặt vật đúc.
Rách nóng
Các phần mỏng tiếp giáp với khối dày hơn nhiều có thể bị nứt trong khi vẫn nóng chảy một phần nếu khuôn hạn chế sự co lại tự nhiên trong quá trình làm mát.
Tùy chọn hoàn thiện bề mặt và dung sai cho các thành phần nhôm đúc
Vật đúc thô hiếm khi rời khỏi xưởng một cách chính xác như khi nó ra khỏi khuôn. Các mặt gắn được gia công, lớp phủ anod hóa để chống ăn mòn, lớp sơn tĩnh điện cho vỏ cùng màu và quá trình phun sơn để có kết cấu mờ đồng đều đều được áp dụng tùy thuộc vào vị trí bộ phận sẽ được đưa vào sử dụng. Các cấp dung sai thường bao gồm từ các kích thước chung khi đúc trên các bề mặt không quan trọng đến các lỗ khoan và mẫu bu lông được gia công chính xác được giữ trong phạm vi vài phần trăm milimét khi các bộ phận ghép nối yêu cầu điều đó. Xác minh độ dày thành, kiểm tra bằng tia X để xác định độ xốp bên trong và kiểm tra áp suất trên các bộ phận chứa chất lỏng là các bước phổ biến được đưa vào khâu kiểm tra cuối cùng trước khi xuất xưởng.
Cách làm sạch các bộ phận bằng nhôm đúc
Làm sạch tổng thể các bộ phận bằng nhôm đúc bắt đầu bằng nước ấm và chất tẩy rửa nhẹ, không mài mòn dùng bàn chải mềm để loại bỏ bụi và vết bẩn trên bề mặt. Nên tránh các chất tẩy rửa có tính axit và kiềm mạnh vì chúng tấn công lớp oxit tự nhiên bảo vệ nhôm khỏi bị ăn mòn. Có thể loại bỏ cặn cứng đầu bằng cách ngâm nhanh trong chất tẩy rửa dành cho nhôm trước khi rửa lần cuối và lau khô hoàn toàn bằng vải không có xơ, vì hơi ẩm đọng lại trong các hốc hoặc lỗ ren là nguyên nhân dẫn đến quá trình oxy hóa mới.
Làm sạch phụ tùng ô tô bằng nhôm đúc
Bánh xe, ống nạp và vỏ hộp số tích tụ bụi đường và cặn phanh theo thời gian. Trước tiên, rửa sạch các hạt sạn rời, sau đó bôi chất tẩy rửa bằng nhôm an toàn cho bánh xe và bàn chải mềm vào các nan hoa lõm để giữ cho các hạt mài mòn không làm trầy xước bề mặt. Sau đó, một lớp sáp bảo vệ nhẹ sẽ làm chậm quá trình oxy hóa quay trở lại giữa các lần giặt.
Làm sạch bộ phận động cơ nhôm đúc
Các bộ phận của động cơ mang theo màng dầu và cặn carbon bám dính mà nước thường sẽ không dịch chuyển. Để bộ phận nguội hoàn toàn, phun chất tẩy nhờn và gia công nó vào các gân và đầu bu lông bằng bàn chải nylon thay vì bàn chải kim loại để tránh làm xước bề mặt. Việc thổi khí nén và khô hoàn toàn khỏi các lỗ mù giúp ngăn chất tẩy rửa còn sót lại cản trở vòng đệm khi lắp lại.
Vệ sinh bảo trì định kỳ
Đối với các bộ phận được sử dụng ngoài trời hoặc công nghiệp thường xuyên, rửa đơn giản hàng tháng bằng xà phòng nhẹ và vải mềm, sau đó kiểm tra xem có vết rỗ hoặc hiện tượng nở oxit trắng hay không, sẽ phát hiện sự ăn mòn sớm trước khi nó lan rộng thành vết rỗ và cần phải đánh bóng cơ học để loại bỏ.
Chọn quy trình phù hợp cho một phần mới
Một bản vẽ hiếm khi xuất hiện với phương pháp đúc đã được quyết định. Độ dày của thành, số lượng đặt hàng dự kiến, yêu cầu về dung sai trên các mặt tiếp xúc và kích thước của bộ phận đều hướng tới khuôn, khuôn cát hoặc khuôn vĩnh viễn trước khi nấu chảy một gam nhôm. Việc xem xét sớm các yếu tố này, cùng với loại hợp kim phù hợp nhất với các yêu cầu cơ học và ăn mòn của bộ phận, giúp giảm thiểu việc làm lại và thay đổi dụng cụ khi quá trình sản xuất được tiến hành.
