Đúc kim loại: quy trình, phương pháp, phương pháp

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 10:44

Kim loại là cơ sở của tất cả các nền văn minh hiện đại. Trong một năm, loài người hiện đại chiết xuất và xử lý một lượng sắt đến mức trước khi cả thế giới hái ra nó trong ít nhất vài thế kỷ. Và nhu cầu này là hoàn toàn chính đáng, vì chỉ riêng việc xây dựng đã tốn một lượng thép đáng kinh ngạc. Không có gì ngạc nhiên khi việc đúc kim loại trong những điều kiện như vậy không ngừng được cải tiến.

Một chút lịch sử

Tính năng quan trọng nhất của sắt để lấy, đóng rắn, hình thức "cầu hôn" với nó, một người đã nhận thấy trong thời cổ đại. Ngày nay, hầu hết các nhà khoa học đều giả định rằng sự làm quen ban đầu của con người với kim loại diễn ra nhờ các thiên thạch. Sắt thiên thạch rất dễ chảy và dễ gia công, vì vậy những điều cơ bản về đúc đã được một số nền văn minh sơ khai nghiên cứu cách đây rất lâu.

Ở nước ta, đúc kim loại đã là một ngành kinh doanh được coi trọng và danh giá trong nhiều thế kỷ, người dân luôn coi trọng nghề thủ công này. "Pháo Sa hoàng" và "Chuông Sa hoàng" được biết đến rộng rãi, là những kiệt tác về kỹ năng đúc của các bậc thầy người Nga, ngay cả khi một trong số chúng không bao giờ vang lên, và quả thứ hai không bắn. Những người thợ đúc Ural dưới triều đại của Peter Đại đếđặc biệt nổi tiếng với tư cách là nhà cung cấp vũ khí đáng tin cậy cho quân đội. Tuy nhiên, họ hoàn toàn đúng với danh hiệu này ngay cả bây giờ. Trước khi chúng ta xem xét các loại đúc kim loại chính, cần phải nói một vài lời về các đặc tính yêu cầu của nguyên liệu thô.

Nên là kim loại nào để đúc

Tính chất quan trọng nhất của kim loại được sử dụng để đúc là tính linh hoạt của nó. Hợp kim ở dạng nóng chảy phải chảy dễ dàng nhất có thể từ chén này sang chén khác, đồng thời lấp đầy các hốc nhỏ nhất của nó. Độ lưu động càng cao, thành phẩm có thể được tạo ra càng mỏng. Với kim loại lan tỏa kém thì khó hơn nhiều. Trong điều kiện bình thường, anh ấy cố gắng nắm bắt sớm hơn nhiều so với anh ấy lấp đầy tất cả các khoảng trống trong hình. Đây là khó khăn mà các nhà công nghiệp gặp phải khi đúc hợp kim kim loại.

Không có gì ngạc nhiên khi gang đã trở thành vật liệu yêu thích của xưởng đúc. Điều này là do hợp kim này có tính lưu động tuyệt vời, làm cho nó tương đối dễ dàng để gia công. Thép còn lâu mới lỏng như vậy, và do đó, để lấp đầy hoàn toàn khuôn (để không có các lỗ rỗng), người ta phải dùng đến nhiều thủ thuật.

Trong trường hợp đơn giản nhất, khi cần đúc kim loại tại nhà, nguyên liệu thô được nấu chảy và đổ vào nước theo từng phần nhỏ: đây là cách, đặc biệt, bạn có thể chế tạo vật chìm để câu cá. Nhưng phương pháp này được sử dụng tương đối rộng rãi ngay cả trong ngành công nghiệp vũ khí! Từ đỉnh của một tòa tháp đặc biệt, giống như một tháp giải nhiệt trong phác thảo, nóng chảykim loại. Chiều cao của cấu trúc đến mức một giọt nước được hình thành hoàn hảo, đã nguội đi, chạm tới mặt đất. Đây là cách bắn được sản xuất ở quy mô công nghiệp.

Phương pháp đúc trái đất

Phương pháp cổ xưa và đơn giản nhất là đúc kim loại vào lòng đất. Nhưng "sự đơn giản" của nó là một khái niệm tương đối có điều kiện, vì công việc này đòi hỏi sự chuẩn bị cực kỳ cẩn thận. Nó có nghĩa là gì?

Đầu tiên, một mô hình có kích thước đầy đủ và chi tiết nhất của cuộc đúc trong tương lai được thực hiện tại cửa hàng mô hình. Hơn nữa, kích thước của nó phải lớn hơn một chút so với sản phẩm thu được, vì kim loại sẽ lắng xuống khi nguội. Theo quy định, mô hình có thể tháo rời từ hai nửa.

Sau khi hoàn thành, cát đúc đặc biệt đã được chuẩn bị. Nếu sản phẩm trong tương lai phải có các khoang và lỗ rỗng bên trong, thì cũng cần chuẩn bị các thanh, cũng như một hợp chất đúc bổ sung. Họ phải tạm thời lấp đầy những khu vực “trống” trong phần đã hoàn thiện. Nếu bạn quan tâm đến việc đúc kim loại tại nhà, hãy nhớ ghi nhớ điều này, vì nếu không, một chiếc bình đã được lấp đầy có thể dễ dàng bị xé ra do áp suất và hậu quả của việc này có thể là đáng buồn nhất.

Cát đúc được làm bằng gì?

Cơ sở là các loại cát và đất sét khác nhau, cũng như chất kết dính. Vai trò của chúng có thể được thực hiện bởi các loại dầu tự nhiên và tổng hợp, dầu làm khô, nhựa thông, nhựa thông, và thậm chí cả nhựa đường.

Tiếp theo đến thời của những người thợ đúc, có nhiệm vụ tạo khuôn. Nếu bạn giải thíchdễ dàng hơn, nó được thực hiện như thế này: một hộp gỗ được lấy, một nửa khuôn được đặt vào đó (nó cũng có thể tháo rời), và các khoảng trống giữa các bức tường của mô hình và khuôn được bịt kín bằng thành phần đúc.

Nửa sau cũng thực hiện tương tự và buộc chặt cả hai phần bằng ghim. Điều quan trọng cần lưu ý là hai hình nón đặc biệt được chèn vào phần đó của hình thức sẽ ở trên cùng khi đổ. Một trong số chúng được sử dụng để đổ kim loại nóng chảy, thứ hai - để thoát ra các khí đang giãn nở.

Kết thúc giai đoạn chuẩn bị

Và bây giờ có lẽ là phần quan trọng nhất của hoạt động. Các bình được tách rất cẩn thận, cố gắng ngăn chặn sự vi phạm tính toàn vẹn của cát. Sau đó, hai dấu ấn rõ ràng và chi tiết của phần tương lai vẫn còn trong lòng đất. Sau đó, chúng được phủ một lớp sơn đặc biệt. Điều này được thực hiện để kim loại nóng chảy không tiếp xúc trực tiếp với nền cát. Công nghệ đúc kim loại không nên cho phép điều này, nếu không chất lượng của thành phẩm có thể xấu đi đáng kể.

Nếu điều này là cần thiết, đồng thời cắt thêm một đoạn ống dẫn, cần thiết để đổ chất tan chảy. Các bình một lần nữa được gấp lại và kết nối chắc chắn nhất có thể. Khi cát hơi khô, bạn có thể bắt đầu đúc.

Bắt đầu truyền

Đầu tiên, trong các lò nung đặc biệt, các phôi gang được nấu chảy. Nếu bắt buộc phải đúc thép, thì nguyên liệu thô được nấu chảy trong các lò cao, lò hở, biến tần và các lò khác. Để mang vàotrạng thái nóng chảy của kim loại màu, sử dụng các thiết bị nấu chảy chuyên dụng.

Mọi thứ, bạn có thể bắt đầu casting. Nếu chỉ có một dạng, thì chất tan chảy được đổ vào nó bằng một cái muôi, riêng lẻ. Trong các trường hợp khác, theo quy luật, một băng tải được tổ chức: hoặc một băng tải có các ô trống đi dưới gáo, hoặc gáo di chuyển trên các hàng bình. Tất cả chỉ phụ thuộc vào tổ chức sản xuất. Khi đến thời điểm và kim loại nguội đi, nó được lấy ra khỏi khuôn. Về nguyên tắc, phương pháp này lý tưởng trong các trường hợp cần đúc kim loại tại nhà (ví dụ như đối với lò rèn). Dù sao đi nữa thì bất cứ điều gì hoàn hảo hơn trong điều kiện như vậy cũng sẽ không đạt được.

Máy phun cát hoặc máy mài loại bỏ cặn và cát đúc bám vào thành phẩm. Nhân tiện, phương pháp này đã được sử dụng tích cực trong việc sản xuất xe tăng trong Chiến tranh Vệ quốc Vĩ đại. Đây là cách các tháp đúc được sản xuất, và sự đơn giản cũng như khả năng sản xuất của quá trình này đã giúp nó có thể sản xuất một số lượng lớn các phương tiện quân sự mà mặt trận cần rất nhiều. Còn những loại đúc kim loại nào khác?

Đúc chết

Nhưng bây giờ họ sử dụng các phương pháp công nghệ tiên tiến và hiện đại hơn nhiều để sản xuất các sản phẩm đúc. Ví dụ, đúc kim loại trong khuôn lạnh. Về nguyên tắc, phương pháp này ở nhiều khía cạnh giống với phương pháp được mô tả ở trên, vì trong trường hợp này, khuôn đúc cũng được sử dụng. Chỉ đồng thời chúng là kim loại, giúp đơn giản hóa đáng kể quá trình sản xuất quy mô lớn.

Vì vậy, hình nón và que được chèn vào hai nửa (để đổ kim loại và tạo thành khoảng trống), vàsau đó gắn chặt chúng vào nhau. Mọi thứ, bạn có thể bắt đầu làm việc. Điểm đặc biệt của phương pháp này là ở đây kim loại nóng chảy đông đặc cực kỳ nhanh chóng, có khả năng làm nguội cưỡng bức khuôn, và do đó quá trình giải phóng nhanh hơn nhiều. Chỉ với một chiếc khuôn, bạn có thể có hàng trăm, nếu không muốn nói là hàng nghìn, trong khi không tốn nhiều thời gian cho việc chuẩn bị khuôn và cát riêng lẻ.

Một số nhược điểm của phương pháp

Nhược điểm của phương pháp đúc này là chỉ những loại kim loại có đặc điểm là tăng tính lưu động ở dạng nóng chảy mới phù hợp với nó. Ví dụ, chỉ có đúc áp lực là phù hợp với thép (về nó bên dưới), vì vật liệu này không có tính lưu động tốt chút nào. Dưới tác dụng của khí nén, ngay cả những loại thép "dẻo" nhất cũng có hình dạng yêu cầu tốt hơn nhiều. Điều tồi tệ là một khuôn làm lạnh thông thường chỉ đơn giản là không thể chịu được các điều kiện sản xuất khắc nghiệt như vậy và sẽ bị hỏng. Do đó, bạn phải sử dụng một phương pháp sản xuất đặc biệt, mà chúng ta sẽ thảo luận bên dưới.

Ép phun

Đúc khuôn - dưới áp suất - kim loại được thực hiện như thế nào? Chúng tôi đã xem xét một số khía cạnh ở trên, nhưng vẫn cần phải tiết lộ vấn đề này chi tiết hơn. Mọi thứ khá đơn giản. Thứ nhất, cần có một khuôn đúc làm bằng các loại thép chất lượng, có thể là một khuôn đúc nhiều giai đoạn, hình dạng phức tạp bên trong. Thứ hai, chúng tôi cần thiết bị bơm có khả năng cung cấp từ bảy đến bảy trăm MP.

Ưu điểm chínhphương pháp nấu chảy này cho năng suất cao. Những gì khác cung cấp ép phun? Trong trường hợp này, kim loại được sử dụng ít hơn nhiều và chất lượng bề mặt của thành phẩm rất tốt. Tình huống thứ hai ngụ ý từ chối quy trình mài và làm sạch phức tạp và khá mệt mỏi. Vật liệu nào là vật liệu tốt nhất cho phương pháp sản xuất này để tạo ra thành phẩm và các bộ phận?

Các hợp kim được sử dụng phổ biến nhất dựa trên nhôm, kẽm, đồng và thiếc-chì (đúc kim loại màu). Nhiệt độ nóng chảy của chúng tương đối thấp, do đó đạt được khả năng sản xuất rất cao của toàn bộ quá trình. Ngoài ra, nguyên liệu thô này có một lượng cặn tương đối nhỏ khi làm lạnh. Điều này có nghĩa là có thể sản xuất các bộ phận có dung sai rất nhỏ, điều này cực kỳ quan trọng trong sản xuất công nghệ hiện đại.

Sự phức tạp của phương pháp này là khi thành phẩm tách ra khỏi khuôn, chúng có thể bị hỏng. Ngoài ra, phương pháp này chỉ thích hợp để chế tạo các chi tiết có chiều dày thành tương đối nhỏ. Thực tế là một lớp kim loại dày sẽ cứng lại cực kỳ không đồng đều, điều này sẽ dẫn đến việc hình thành các lớp vỏ và lỗ sâu.

Các loại cài đặt cho đúc áp lực

Tất cả các máy được sử dụng trong phương pháp đúc sản phẩm kim loại này được chia thành hai nhóm lớn: với một buồng đúc nóng và lạnh. Loại "nóng" thường chỉ có thể được sử dụng cho các hợp kim gốc kẽm. Trong trường hợp này, bản thân buồng đúc được nhúng trong kim loại nóng. Chịu áp lựckhông khí hoặc một piston đặc biệt, nó chảy vào khoang đúc.

Theo quy định, không cần lực phun mạnh, áp suất lên đến 35-70 MPa là đủ. Vì vậy, trong trường hợp này, khuôn để đúc kim loại có thể đơn giản hơn và rẻ hơn nhiều, điều này có ảnh hưởng có lợi nhất đến giá thành cuối cùng của sản phẩm. Trong khuôn đúc nguội, kim loại nóng chảy phải được “đưa” vào sâu trong buồng đúc dưới áp suất đặc biệt cao. Đồng thời, nó có thể đạt 700 MPa.

Các bộ phận đúc phun được sử dụng ở đâu?

Chúng ở khắp mọi nơi. Trong điện thoại, máy tính, máy ảnh và máy giặt, mọi nơi đều có các chi tiết thu được bằng phương pháp đặc biệt này. Nó đặc biệt được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật cơ khí, bao gồm cả những ngành liên quan trực tiếp đến ngành hàng không và thậm chí cả không gian. Khối lượng của các bộ phận đúc có thể thay đổi từ vài gam đến 50 kilôgam (và thậm chí cao hơn). Có thể sử dụng một số cách "chế biến" kim loại khác bằng cách đúc không? Có, và còn nhiều cách khác.

Mất sáp đúc

Như trong trường hợp đầu tiên chúng ta đã xem xét, từ thời cổ đại nhân loại đã biết về phương pháp đổ kim loại nóng chảy vào một mô hình làm bằng parafin hoặc sáp đã được chuẩn bị trước. Nó chỉ đơn giản là được đặt trong bình và các khoảng trống được lấp đầy bằng cát đúc. Quá trình tan chảy sẽ hòa tan sáp và lý tưởng là lấp đầy toàn bộ thể tích của phôi chính. Phương pháp này tốt vì không cần lấy mô hình ra khỏi bình. Ngoài ra, có thể có được các bộ phận có chất lượng hoàn hảo đơn giản, quá trình đúc nàykim loại tương đối dễ tự động hóa.

Vỏ đúc

Nếu quá trình đúc tương đối đơn giản và không yêu cầu cường độ "không gian" từ thành phẩm, có thể sử dụng phương pháp đúc vào khuôn vỏ. Chúng đã được tạo ra từ thời xa xưa, và cát thạch anh mịn và nhựa được sử dụng làm cơ sở. Tất nhiên, ngày nay, nhiều hợp chất tổng hợp khác nhau được sử dụng làm chất thứ hai.

Sau đó, các mô hình kim loại có thể thu gọn được lấy, bao gồm hai nửa và đặt trên một bề mặt được nung nóng đến khoảng 300 độ C. Sau đó, hỗn hợp đúc (từ cát và nhựa khô) được đổ vào cùng một vị trí để nó bao phủ hoàn toàn bề mặt của các mô hình kim loại. Dưới tác động của nhiệt, nhựa nóng chảy và một "bình cầu" khá mạnh xuất hiện trong độ dày của cát.

Ngay sau khi tất cả nguội đi một chút, các thỏi kim loại có thể được lấy ra và cát có thể được gửi đến lò để "rang". Sau đó, thu được các dạng đủ mạnh: bằng cách nối hai nửa của chúng, có thể đổ kim loại nóng chảy vào chúng. Có những phương pháp đúc kim loại nào khác?

Đúc ly tâm

Trong trường hợp này, chất tan chảy được đổ thành một dạng đặc biệt, quay với tốc độ rất cao theo hình chiếu ngang hoặc thẳng đứng. Là kết quả của tác động của lực ly tâm mạnh như nhau, kim loại chảy đều vào tất cả các khe hở của khuôn, do đó đạt được chất lượng cao của thành phẩm. Phương pháp đúc này là lý tưởng để sản xuất các loại ống khác nhau. Nó cho phép hình thành độ dày đồng đều hơn nhiềutường, điều này cực kỳ khó đạt được bằng phương pháp "tĩnh".

Đúc xỉ điện

Có những cách đúc kim loại nào có thể được gọi là hiện đại không? Đúc điện tử. Trong trường hợp này, kim loại lỏng thu được đầu tiên bằng cách tác dụng lên nguyên liệu thô đã chuẩn bị trước đó với phóng điện hồ quang mạnh. Phương pháp không có hồ quang cũng có thể được sử dụng, khi sắt bị nung chảy do nhiệt tích tụ của xỉ. Nhưng cái cuối cùng bị ảnh hưởng bởi phóng điện mạnh.

Sau đó, kim loại lỏng, chưa từng tiếp xúc với không khí trong toàn bộ quá trình, đi vào buồng kết tinh, "kết hợp" cũng là một khuôn đúc. Phương pháp này được sử dụng cho các vật đúc tương đối đơn giản và lớn, để sản xuất trong đó không cần tuân thủ nhiều điều kiện.

Làm đầy chân không

Chỉ áp dụng cho các chất liệu "cao cấp" như vàng, titan, thép không gỉ. Trong trường hợp này, kim loại được nấu chảy trong điều kiện chân không, và sau đó nhanh chóng (trong cùng điều kiện) được phân phối vào khuôn. Phương pháp này tốt ở chỗ khi nó được sử dụng, thực tế loại trừ sự hình thành các lỗ rỗng và lỗ rỗng không khí trong sản phẩm, vì lượng khí tồn tại ở đó là tối thiểu. Điều quan trọng cần nhớ là trọng lượng của vật đúc trong trường hợp này không được vượt quá một trăm hoặc hai kg.

Có thể nhận được các bộ phận lớn hơn không?

Có, công nghệ như vậy tồn tại. Nhưng nó chỉ có thể được sử dụng trong trường hợp một trăm tấn thép được xử lý cùng một lúc.và nhiều hơn nữa. Đầu tiên, kim loại được nấu chảy trong điều kiện chân không, sau đó không được đổ vào khuôn mà được đổ vào các muôi đúc đặc biệt, cũng được bảo vệ khỏi không khí xâm nhập vào khoang của chúng.

Sau đó, hỗn hợp tan chảy đã hoàn thành có thể được phân phối vào khuôn, từ đó không khí trước đó cũng được bơm ra ngoài bằng máy bơm. Thép thu được là kết quả của một quá trình công nghệ như vậy là khá đắt. Nó được sử dụng để rèn, cũng như một số loại đúc giống nhau, khi cần có phôi và các bộ phận có chất lượng cao nhất.

Đúc trên các mẫu khí hóa (cháy hết)

Về chất lượng đúc và tính đơn giản, phương pháp này là một trong những phương pháp mang lại lợi nhuận cao nhất, và do đó nó được sử dụng ngày càng rộng rãi trong ngành công nghiệp hiện đại. Đúc kim loại như vậy, sản lượng ngày càng tăng hàng năm, đặc biệt phổ biến ở Trung Quốc và Hoa Kỳ, vì các cơ sở công nghiệp của hai quốc gia này được phân biệt bởi nhu cầu lớn nhất về thép chất lượng cao. Ưu điểm của phương pháp này là cho phép sản xuất vật đúc mà không có bất kỳ hạn chế nào về trọng lượng và kích thước.

Theo nhiều cách, phương pháp này tương tự như những cách được mô tả ở trên: ví dụ, trong trường hợp này, mô hình chính được sử dụng không phải từ sáp hoặc plasticine, mà là từ bọt đang phổ biến hiện nay. Vì vật liệu này có các đặc tính riêng, hỗn hợp cát kết dính được đóng gói vào bình dưới áp suất khoảng 50 kPa. Thông thường, phương pháp này được thực hành trong các trường hợp cần chế tạo các bộ phận có trọng lượng từ 100 gam đến hai tấn.

Tuy nhiên, chúng tôi đã nói rằng một số hạn chế nghiêm ngặt đối vớichi tiết kích thước không. Vì vậy, bằng cách sử dụng phương pháp đúc này, thậm chí có thể sản xuất các bộ phận cho động cơ tàu thủy, vốn chưa bao giờ có kích thước “khiêm tốn”. Đối với mỗi tấn nguyên liệu kim loại, lượng nguyên liệu bổ sung sau được tiêu thụ:

• Thạch anh cát mịn - 50 kg.
• Lớp chống dính đặc biệt - 25 kg.
• Bọt polystyrene dạng hạt - 6 kg.
• Màng polyethylene dày đặc - 10 sq. m.

Tất cả cát đúc đều là cát thạch anh nguyên chất không pha thêm bất kỳ chất phụ gia, phụ gia nào. Nó có thể tái sử dụng khoảng 95-97%, giúp cải thiện đáng kể nền kinh tế và giảm chi phí của quá trình.

Vì vậy, đúc kim loại (vật lý của quá trình đã được chúng tôi xem xét một phần) là một hiện tượng “đa diện”, vì ngày nay có rất nhiều phương pháp mới. Đồng thời, ngành công nghiệp hiện đại đang áp dụng các phương pháp đã được sử dụng cách đây vài nghìn năm, phần nào điều chỉnh chúng cho phù hợp với thực tế hiện tại.