Kỹ thuật đúc là ngành công nghiệp có lịch sử từ rất lâu đời, đồ đúc đầu tiên được xuất hiện vào năm 4000 trước công nguyên .Hiện nay các sản phẩm sản xuất từ ngành đúc gang đã trờ thành 1 phần không thể thiếu trong cuộc sống hiện đại nó góp phần rất lớn trong các lĩnh vực: trang trí ngoài trời, chi tiết máy, giao thông vận tải, dầu khí, hàng hải…
Đúc gang là gì? Và có những kỹ thuật đúc gang nào được sử dụng phổ biến nhất hiện nay?
Đúc gang là phương pháp chế tạo phôi bằng phương pháp nấu chảy kim loại gang, rót kim loại lỏng vào lòng khuôn đúc có hình dáng và kích thước của vật đúc, sau khi kim loại đông đặc trong khuôn ta thu được vật đúc có hình dáng giống như lòng khuôn đúc.
Đúc gang trong khuôn cát là phương pháp phổ biến nhất hiện nay, khuôn cát có thể tạo các sản phẩm từ trăm gram cho tới vài tấn, các kết cấu từ đơn giản tới phức tạp với giá thành rẻ. Phương pháp đúc gang trong khuôn cát có 4 kỹ thuật phổ biến đó là:
- Đúc gang truyền thống?
- Đúc gang bằng khuôn máy?
- Đúc gang bằng công nghệ Furan?
- Đúc gang bằng dây truyền tự động hóa Disa?
Cả 4 kỹ thuật đúc trên đều chung một quy trình nhưng khác nhau ở công nghệ
Quy trình đúc gang bằng khuôn cát
Bước 1: Tạo mẫu đúc, hòm chứa khuôn, thao [ lõi], cát đúc.
Khi nhận được bản vẽ kỹ thuật của sản phẩm cần đúc, các kỹ sư sẽ tiến hành chế tạo mẫu, thao và hòm đúc theo đúng tiêu chuẩn về thông số.
Mẫu đúc gang bằng nhôm
Mẫu đúc thường được chế tạo bằng xốp, gỗ và nhôm.
Hòm chứa khuôn bằng nhôm hoặc gang đúc.
Bước 2: Tạo khuôn đúc,tạo hệ thống rót gang, đậu ngót đậu hơi, khi lấy mẫu ra lắp thao vào khuôn [ với vật đúc cần rỗng ruột]
Bước 3: Nấu luyện gang xám ở nhiệt độ 1250-1450°C,biến tính gang [điều chỉnh thành phần, điều chỉnh cơ tính, cầu hóa], rót gang nóng chảy vào khuôn.
Bước 4: Dỡ khuôn lấy vật đúc, tháo thao ra khỏi vật đúc.
Bước 5: Làm sạch vật đúc.
Bước 6: Kiểm tra vật đúc.
Bước 7: Gia công hoàn thiện, sơn, giao hàng
I.Kỹ thuật đúc gang truyền thống.
Ở phương pháp này mẫu đúc được làm bằng xốp, gỗ hoặc nhôm chạy cnc.
Tạo thao [lõi] :cần có khuôn mẫu thao, xương thao, lỗ thoát khí, hỗn hợp tạo thao.
Hỗn hợp tạo thao gồm có: cát + nước thủy tính + khí CO2 [ cứng, những khó tháo thao], cát + nước + bột đất sét + mùn cưa [ độ cứng vừa phải, dễ tháo khỏi vật đúc] ⇒ Sau khi làm xong thao cho vào lò sấy.
Thao [lõi] của trụ lan can cầu bằng gang đúc
Tạo khuôn đúc:
Về chế tạo khuôn đúc sẽ được trang bị nền cát rộng, cát đúc được trộn với bột đất sét, bột than, các chất phụ gia và nước với tỷ lệ phù hợp. Cát đúc rất quan trọng trong kỹ thuật đúc gang bằng khuôn cát.
Bạn có thể tìm hiểu cát thế nào là đạt chất lượng để sản phẩm sau khi đúc ra được đẹp và không bị rỗ bề mặt tại đây.
Khi nền cát đã đạt đủ tiêu chuẩn đúc mẫu đúc sẽ được đưa vào nền 1 nửa nằm dưới mặt nền, 1 nửa sẽ được đặt tại hòm đúc.
Khi người thợ cho cát vào đầm chặt, tạo hệ thống rót, đậu ngót, lỗ thoát khí và phủ lớp phấn chịu nhiệt giúp cát đúc giảm dính vào vật đúc khi đã được rót gang. Sau đó lấy mẫu ra khỏi khuôn, cho thao vào trong khuôn đúc[nếu cần] và cuối cùng là đậy khuôn trên lên khớp với khuôn dưới nền cát .
Quy trình đúc ghế gang công viên bằng khuôn cát tại ducgangthep.com
Với phương pháp đúc gang truyền thống lấy mẫu đúc ra khỏi khuôn rất quan trọng vì sản phẩm cần phải đánh động, nên cần người thợ mẫu tính toán kỹ lưỡng cũng như sự khéo léo kinh nghiệm của người thợ đúc, để sản không bị sai về trọng lượng và kích thước.
Mỗi khuôn đúc xong khi tạo xong sẽ được đè bằng 1 hoặc nhiều vật có tổng trọng lượng bằng hoặc lớn hơn vật đúc giúp tránh sự biến dạng cũng như sai lệch về trọng lượng trong quá trình rót gang.
Khuôn cát đúc ghế gang công viên
Nấu luyện: lò chõ và lò điện là 2 lò được áp dụng phổ biến nhất khi nấu gang.
Lò điện có thể áp dụng máy phân tích và bổ sung được thành phần hóa học của gang theo đúng tỷ lệ của từng mac gang, cũng như thực hiện được quá trình biến tính gang từ gang xám sang gang cầu. Nhưng có chi phí đầu tư – chi phí vận hành cao một lần nấu không được thấp hơn 10 tấn, thông tin về các loại lò điện bạn quan tâm.
Lò chõ chi phí thấp, dễ đầu tư, thường để nấu gang xám một mẻ nấu có thể nấu từ 1,5 tấn cho tới hơn 10 tấn nhưng chất lượng của nước gang phụ thuộc rất nhiều vào tỷ lệ và chất lượng than đá, chất lượng gang nấu luyện, cũng như kinh nghiêm của thợ nấu.
Để nấu một mẻ gang xám từ lò chõ bạn cần chuẩn bị:
- Lò chõ [ được làm từ vỏ sắt tường bằng gạch chịu nhiệt]
- Thanh đá 20÷25%.
- Đá vôi CaCO3 để làm chảy loãng xỉ nổi lên trên bề mặt nước gang chảy ra khỏi lò nấu bằng ống xả xỉ của lò
- Gang thỏi, gang máy, Hồi liệu [ phế phẩm + hệ thống rót, đậu hơi, đậu ngót ].
Rót gang vào khuôn: với kỹ thuật đúc gang truyền thống và đúc gang khuôn máy sử dụng chủ yếu 3 loại gầu rót tùy thuộc vào trọng lượng vật đúc
Gáo múc: Dùng cây sắt đặc Ø 18-25 gắn một chiếc cốc dùng để đựng gang nóng chảy đã được quét lớp đất sét. Lượng gang chứa trong gáo có trọng lượng khoảng 15kg, 1 người sử dụng.
Gầu nghiêng: Cấu tạo gồm 2 thanh sắt có Ø 25 gắn vào đồ chứa hình trụ tròn có đường kính 400 và độ sâu 300, bên trong được quét đất sét . Lượng gang chứa trong gáo có trọng lượng khoảng 50kg, 2 người khiêng.
Gầu nghiêng có gắn bánh rang loại nhỏ: Là một thùng sắt hình trụ tròn có lót lớp gạch chịu nhiệt và lớp vôi vữa. Có gắn bánh răng và chuyển động nghiêng bằng cách quay tay lái. Tiến hành vận chuyển gầu rót này bằng cẩu nâng. Lượng gang chứa trong gáo có trọng lượng khoảng 100- 200 kg, 1 người vận hành.
Rót gang vào khuôn là khâu cực kỳ quan trọng của mọi công nghệ đúc gang, phải đảm bảo quá trình rót nhẹ nhàng và nhanh chóng. Gầu phải đảm bảo đã được sấy khô hoàn toàn tránh hiện tượng gầu ướt làm nhiệt độ của kim loại lỏng bị giảm đi gây hiện tượng oxy hoá và rỗ.
Hơn nữa, nước trong gầu sẽ bay hơi khiến kim loại lỏng sủi bọt mạnh và bắn ra ngoài.
Làm nguôi, dỡ vật đúc ra khỏi khuôn, làm sạch kiểm tra vật đúc.
Thời gian làm nguội vật đúc tùy thuộc vào kích thước sản phẩm trung bình từ 12h – 48h, sản phẩm nhỏ thời gian làm nguội nhanh chỉ trong vài giờ. Với sản phẩm bàn ghế gang các chi tiết mỏng như mặt bàn nếu dỡ ra khỏi nền cát sớm để làm nguội có thể bị cong.
Khi tưới nước vào vật đúc nóng để làm nguội sẽ gây ra tình trạng biến trắng gang xám.
Sản phẩm khi dược làm nguội xong sẽ tới công đoạn làm sạch cát bằng máy bắn bi, các hạt bi thép có độ lớn Ø2 sẽ bắn vào sản phẩm làm bong cát đúc ra khỏi vật đúc.
Kiểm tra vật đúc [ sản phẩm đúc]
Kiểm tra ngoại quan: Hình dáng, Khuyết tật [Bằng mắt] ,Độ bóng bề mặt đúc
Kiểm tra kích thước: Thành vật đúc Cong vênh, biến dạng
Kiểm tra bề mặt gãy: có bị biến trắng [ với gang xám khi đúc ra mặt gãy có màu xám, với gang bị biến trắng sẽ có màu trắng].
Bước 7: bước chung cho tất cả kỹ thuật đúc gang:
Sản phẩm sau khi kiểm tra sẽ được mài sạch phần gang thừa và gia công cơ khí trên máy tiện.
Gia công cơ khí trên máy tiện CNC
Sau khi thực hiện xong công đoạn trên sản phẩm được sơn chống gỉ hoặc sơn hoàn thiện bằng công nghệ sơn tĩnh điện.
Với phương pháp đúc gang xám truyền thống: có thể đúc được đa dạng các sản phẩm từ 1 tấn trở xuống với yêu cầu không quá khắt khe về bề mặt cũng như độ dung sai về trọng lượng.
Phương pháp này chi phí đầu tư thấp hơn các phương pháp còn lại và thường được sử dụng để đúc các sản phẩm phục vụ cho sinh hoạt, đời sống, giao thông, và các chi tiết máy như: lắp hố gas, ghế gang công viên, cột đèn trang trí, bàn ghế gang, tải trọng, tạ gang, bếp gas, puly,…
Ghế băng công viên bằng gang xám
II.Kỹ thuật đúc gang bằng khuôn máy:
Sản phẩm đúc bằng khuôn máy thường đòi hỏi có độ mỏng nhất định, trọng lượng nhẹ nhất, bề mặt nhẵn, các chi tiết nhỏ cần độ chính xác cao, sản phẩm cần ra đồng loạt với số lượng lớn và chi phí thấp nhất để tăng khả năng cạnh tranh trên thị trường.
Quy trình sản xuất bếp gas bằng kỹ thuật đúc gang khuôn máy
Về nguyên lý thì phương pháp này cũng giống như phương pháp truyền thống, chỉ khác ở một số công đoạn sau.
- Thao: Chất liệu làm thao là cát nhựa có độ cứng cao,thao được làm và sấy bằng máy với độ chính xác cao và thời gian nhanh [ khi làm thao có mùi khá khó chịu]
- Cát đúc: cũng là loại cát truyền thống nhưng cát để đúc trên khuôn máy phải được xay bằng hệ thống máy xay cát, để cát đạt độ mịn tiêu chuẩn.
- Mẫu đúc được làm bằng kim loại với chi phí cao hơn mẫu đúc truyền thống.
- Làm khuôn mẫu: khi cho cát vào khuôn và khi lấy mẫu ra khỏi khuôn được thực hiện bằng máy nên khuôn mẫu rất chắc và không cần đánh động giúp vật đúc đạt độ chính xác cao.
Các sản phẩm áp dụng kỹ thuật đúc gang khuôn máy như: vỏ mô tơ, bếp gas công nghiệp, cột đèn trang trí, chi tiết máy, hoa văn gang đúc,…
III.Kỹ thuật đúc gang bằng công nghệ Furan
Đúc gang bằng công nghệ Furan là công nghệ khá phổ biến và được sử dụng rộng rãi ở Nhật. Các sản phẩm được ứng dụng công nghệ đúc này có thể từ vài kg cho tới 200 tấn. Nhưng thường người ta hay áp dụng công nghệ đúc gang Furan để đúc những chi tiết phức tạp có trọng lượng lớn từ vài trăm kg cho tới vài tấn vì giá thành nó khá cao nên khó để đúc có giá cạnh tranh với những sản phẩm nhỏ.
Phương pháp này về nguyên lý cũng giống như 2 phương pháp đúc gang xám trên nhưng về công nghệ thì khác.
Mẫu đúc được làm bằng mẫu kim loại và mẫu gỗ.
Cát đúc:
Là một điểm khác biệt lớn nhất của kỹ thuật đúc gang Furan nó là sự kết hợp giữa cát đúc + nhựa Furan + chất đông cứng[đóng rắn bởi chất xúc tác axít H2SO4].
Nhựa furan được hóa rắn do chất sơ của thực vật được lên men bằng chất xúc tác trong quá trình sản xuất axit từ furfuryl alcohol.
Trong quá trình làm khuôn phải lưu ý về Tỷ lệ nước và Nitơ có trong nhựa tốt nhất nước ở mức