Về bản chất, đúc áp lực cao (gọi tắt là đúc khuôn) là phương pháp làm cho kim loại lỏng hoặc bán lỏng lấp đầy khoang khuôn đúc với tốc độ cao dưới áp suất cao, sau đó định hình và đông đặc dưới áp suất để thu được sản phẩm đúc.
1. Quy trình đúc áp suất cao
1.1 Sơ đồ bố trí mặt phẳng đúc áp lực cao
Hiện nay, dây chuyền đúc khuôn nói chung sẽ xem xét cấu hình sau: Máy đúc khuôn có hệ thống hút chân không, lò giữ nhiệt được trang bị hệ thống đúc định lượng, sản phẩm được làm bằng hệ thống phun sơn, rút ngắn thời gian phun sơn, robot thực hiện các công đoạn lấy chi tiết, đóng bao xỉ, cắt mã và các công việc khác, khâu cắt cuối cùng được thực hiện bằng hệ thống cổng; Dây chuyền đúc khuôn cũng có thể được nâng cấp để tự động làm sạch trong điều kiện sản lượng cao.
1.2Ứng dụng củaPhần mềm mô phỏng CAE
Phân tích CAE ngày càng được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp đúc khuôn, tiêu biểu là các phần mềm PROCAST, MAGMA, flow-3D, v.v. Dựa trên kết quả tính toán về dòng chảy điền đầy và phân bố vận tốc, mô phỏng có thể dự đoán chính xác các khuyết tật như cuộn chảy, tạp chất và điền đầy kém, giúp cải thiện đáng kể năng suất và tiết kiệm chi phí. Đây là công cụ rất hữu ích để thiết kế nhanh chóng và khoa học toàn bộ hệ thống đúc (cổng, ống dẫn và bể tràn, v.v.) cho quá trình đúc khuôn. Tối ưu hóa các thông số quy trình đúc, giảm số lần thử khuôn, giảm chi phí đúc, nâng cao chất lượng sản phẩm. Phần mềm CAE được sử dụng để phân tích tổng quát về quá trình điền đầy, đông đặc, phân bố độ rỗ và báo cáo phân bố vận tốc (như thể hiện trong Hình 2).
1.3Ứng dụng củađúc khuôn chân không
Với việc liên tục đáp ứng các yêu cầu về chất lượng sản phẩm, việc sử dụng chân không để giải quyết vấn đề điền đầy và độ kín khí của vật đúc đã được phát triển tốt, và van chân không thường được sử dụng. Van chân không thông dụng nhất có hai cấu trúc sau. Hình 3 là sơ đồ cấu tạo của van chân không. Giống như quy trình đúc khuôn thông thường, sau khi nước nhôm đi vào buồng, quá trình hút chân không bắt đầu. Sau đó, khi máy đúc khuôn khởi động ở tốc độ cao, động năng của nước nhôm được sử dụng để tác động lên tấm lò xo của van chân không. Khi sử dụng van chân không cơ khí, nó thường được đóng lại khi làm nóng trước khuôn. Khi quá trình làm nóng trước hoàn tất, van chân không chỉ có thể được sử dụng khi bắt đầu tốc độ cao và tăng áp suất. Van chân không cơ khí có ưu điểm là dễ sử dụng, nhưng độ chính xác gia công của van chân không cao và chi phí tương đối cao. Hình 4 là sơ đồ cấu tạo của van chân không thủy lực. Nguyên lý của van chân không cơ khí cũng tương tự. Khi chày bắt đầu hoạt động, chân không được tạo ra, nhưng nguyên lý đóng van chân không thì khác. Khi van chân không thủy lực được khởi động ở tốc độ cao, tín hiệu sẽ được truyền đồng thời đến hệ thống thủy lực của van chân không và van chân không sẽ đóng lại. Chi phí của van chân không thủy lực tương đối thấp, nhưng nó yêu cầu các thông số quy trình đúc khuôn và thiết kế khuôn phải phù hợp, nếu không, nước từ quá trình đúc khuôn nhôm sẽ gây tắc nghẽn van chân không.
2.Dứng dụng công nghệ mới của máy đúc
2.1 Công nghệ đúc khuôn chân không cao
Hiện nay, máy đúc khuôn nhập khẩu được đại diện bởi Buhler và Fuller, và cả hai nhà cung cấp máy đúc khuôn này đều có thế mạnh trong ứng dụng chân không cao. Công nghệ chân không cao của Buhler chủ yếu tập trung vào thiết kế buồng áp suất và giao diện chân không phía sau khuôn, giúp dễ dàng bơm không khí từ đầu buồng áp suất, đồng thời chân không phía sau khuôn giúp hút chân không khoang khuôn triệt để hơn. Còn công nghệ chân không cao của Fuller sẽ trực tiếp bịt kín buồng khuôn, thiết kế một ống dẫn trực tiếp vào lò cách nhiệt ở đáy buồng, giúp bịt kín khuôn hoàn toàn. Sử dụng áp suất âm từ khoang khuôn, nhôm lỏng trong lò cách nhiệt được bơm vào buồng khuôn, sau đó được đúc khuôn. Ưu điểm lớn nhất của công nghệ này là tránh được hiện tượng oxy hóa do tiếp xúc giữa nhôm với nước và không khí, và có thể xử lý nhiệt T6, công nghệ này đã được sản xuất hàng loạt ở châu Âu cho các bộ phận kết cấu của ô tô.
2.2 Thay khuôn nhanh
Nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm chi phí sản xuất là mục tiêu của mọi doanh nghiệp sản xuất. OEE được định nghĩa quốc tế như sau: OEE là viết tắt của Overall Equipment Effectiveness (Hiệu quả tổng thể của thiết bị). Nó bao gồm khả năng hoạt động, hiệu suất và chỉ số chất lượng, cụ thể là: OEE = khả năng hoạt động x hiệu suất x chỉ số chất lượng. Đối với đúc khuôn, việc thay khuôn là một trong sáu tổn thất chính. Thay khuôn nhanh chóng đã trở thành mục tiêu của sản xuất tinh gọn. Việc thay khuôn thường được định nghĩa là thời gian từ sản phẩm đạt tiêu chuẩn cuối cùng đến lần thay khuôn tiếp theo để sản xuất sản phẩm đạt tiêu chuẩn đầu tiên trên máy đúc khuôn. Tại Nhật Bản, đối với máy đúc khuôn buồng lạnh 800 tấn, thời gian thay khuôn thông thường là 10-20 phút; tại Trung Quốc, thời gian thay khuôn tương đối dài, hơn 10 giờ cũng rất phổ biến. Ngoài quản lý tiến độ, tiêu chuẩn hóa hoạt động và quản lý công cụ, việc thay khuôn còn liên quan đến việc đánh giá xem các điều kiện thay khuôn có đáp ứng hay không như sau:
(a) Khuôn có thể định vị nhanh chóng (b) Khuôn có thể cố định nhanh (khuôn dập hoặc vít kẹp) (c) Giữa máy đúc khuôn và cấu trúc đẩy khuôn có thể kết nối nhanh không (d) Xi lanh dầu kéo lõi có thể kết nối nhanh không (e) Tín hiệu hành trình xi lanh dầu có thể kết nối nhanh không (f) Các thông số quy trình có thể đọc rất nhanh không (g) Mô đun gia nhiệt sơ bộ có phải là thấp nhất không (nếu cần, sử dụng máy điều chỉnh nhiệt độ khuôn để gia nhiệt sơ bộ khuôn).
3. Sản phẩm đúc khuôn
Hiện nay, các sản phẩm đúc khuôn hợp kim nhôm được chia thành ba loại theo số lượng. Loại thứ nhất là vỏ hộp số ô tô, xe máy, động cơ, tiêu biểu là động cơ, thân xi lanh, v.v. Loại thứ hai là vỏ trạm gốc và vỏ lọc, tiêu biểu là thiết bị truyền thông mạng, và loại thứ ba là các cấu trúc thân máy có yêu cầu về hiệu suất cơ học cao hơn. Như hình vẽ, đây là một sản phẩm đúc khuôn hợp kim nhôm điển hình:
4. Lời kết
Hợp kim nhôm có độ bền riêng cao, khả năng chống ăn mòn tốt và dẫn điện tuyệt vời. Trong bối cảnh xã hội hướng đến tiết kiệm năng lượng, giảm phát thải và bảo vệ môi trường xanh, ngành đúc khuôn hợp kim nhôm đã phát triển nhanh chóng ở Trung Quốc. Tôi tin rằng trong tương lai gần, các sản phẩm hợp kim nhôm sẽ đa dạng hơn. Sự biến đổi chính nằm ở các khía cạnh sau: 1) Cùng với sự phát triển của sản phẩm, nó sẽ thúc đẩy sự phát triển của các vật liệu hợp kim nhôm đúc khuôn mới, chẳng hạn như: hướng dẫn nhiệt cao, độ bền cao và độ dẻo dai cao; 2) Các vật liệu hợp kim nhôm đúc khuôn mới cũng sẽ thúc đẩy sự phát triển của công nghệ đúc khuôn mới, chẳng hạn như quy trình đúc khuôn bán rắn, đúc hút chân không cao; 3) Sự phát triển công nghệ cũng sẽ đặt ra những yêu cầu cao hơn đối với thiết bị và vật liệu phụ trợ, chẳng hạn như: đúc khuôn khổ lớn, máy điều chỉnh nhiệt độ khuôn, thiết bị phun, máy tách khuôn, máy hút chân không, máy làm nguội, hệ thống điều khiển và phát hiện nhiệt độ khuôn, v.v.
