Đúc khuôn cát, là phương pháp được sử dụng rộng rãi phổ biến nhất, nó tận dụng các khuôn cát tạm thời để tạo lên các sản phẩm kim loại có hình dạng phức tạp, đây cũng là phương pháp được sử dụng để làm ra các sản phẩm hợp kim. Bởi vì khuôn cát phải bị phá hủy để tháo sản phẩm ra khỏi khuôn vì thế được gọi là vật đúc, đúc cát thường cho năng suất thấp. Qúa trình đúc khuôn cát bao gồm các công đoạn như sử dụng lò, kim loại, khuôn mẫu, và khuôn cát. Kim loại bị nấu chảy trong lò, sau đó được chuyển qua gàu rồi được đổ vào khoang của khuôn cát, nó đã được tạo thành bởi khuôn mẫu. Khuôn cát tách dọc theo đường của chi tiết và sản phẩm đúc hóa rắn có thể được tháo ra. Các bước của quá trình đúc khuôn cát sẽ được mô tả chi tiết ở phần bên dưới.

Đúc khuôn cát được sử dụng để sản xuất nhiều bộ phận kim loại với hình dáng hình học phức tạp. Các sản phẩm có thể thay đổi kích thước và trong lượng có thể khoảng từ 56g cho đến vài tấn. Một vài sản phẩm đúc bằng khuôn cát loại nhỏ chẳng hạn như bánh răng, ròng rọc, trục khuỷu, thanh truyền hoặc cánh quạt. Các ứng dụng lớn bao gồm hộp chứa các trang thiết bị lớn và nặng. Đúc khuôn cát cũng thường được sử dụng trong việc sản xuất các bộ phận trên ô tô chẳng hạn như khối động cơ, cổ hút động cơ, đầu xi lanh và khung truyền tải.

Quá trình đúc khuôn cát gồm 6 giai đoạn chính bao gồm:

1.      Giai đoạn làm khuôn: gia đoạn đầu tiên trong quá trình này là tạo ra khuôn để đúc. Trong quá trình làm khuôn tạm thời, thì bước này phải được thực hiện cho từng quá trình đúc. Khuôn cát được hình thành bằng cách đóng cát chặt vào mỗi nửa khuôn. Cát sẽ được nén chặt xung quanh khuôn mẫu, nó là khuôn tạo hình ở bên ngoài của sản phẩm đúc. Khi khuôn mẫu được tháo khỏi, khoang sẽ tạo nên sản phẩm đúc. Bất kì những đặc điểm bên trong không thực hiện được bởi khuôn mẫu sẽ được các lõi riêng biệt đảm nhiệm. Chúng được làm từ cát để định dạng cho khuôn. Thời gian làm khuôn cát bao gồm việc định vị khuôn mẫu, đóng cát, và tháo khuôn mẫu. Thời gian làm khuôn còn bị ảnh hưởng bởi kích thước của sản phẩm, số lượng lõi và loại khuôn cát. Nếu loại khuôn yêu cầu đốt nóng … thì thời gian làm khuôn sẽ tăng lên. Thêm vào đó việc bôi trơn cũng được áp dụng lên trên bề mặt khoang khuôn để việc tháo sản phẩm đúc trở nên thuận tiện hơn.. Việc sử dụng dầu bôi trơn còn cải thiện được dòng chảy kim loại và bề mặt cuối của sản phẩm đúc. Dầu bôi trơn được sử dụng còn dựa vào cát và nhiệt độ kim loại nấu chảy.

2.      Kẹp: khi khuôn được hoàn thành, nó sẽ phải được chuẩn bị để đổ kim loại nấu chảy vào. Bề mặt của khoang trước hết sẽ được bôi trơn để thuận lợi cho việc tháo khuôn. Sau đó lõi khuôn sẽ được định vị và hai nửa khuôn sẽ khép lại và kẹp chặt lại với nhau. Việc kẹp chặt khuôn rất quan trọng nhằm mục đích ngăn chặn tình trạng mất mát nguyên liệu.

3.      Đổ khuôn: kim loại nấu chảy được giữ ở nhiệt độ mặc định. Sau khi khuôn đã được kẹp chặt, kim loại nấu chảy từ gàu trong lò được đổ qua khuôn. Việc rót kim loại nấu chảy có thể thực hiện bằng thủ công hoặc tự động. Lượng kim loại nấu chảy đủ để lấp đầy toàn bộ khuôn và toàn bộ các rãnh của khuôn. Thời gian lấp đầy diễn ra trong khoảng thời gian rất ngắn để ngăn chặn tình trạng hóa rắn sớm của bất kì chi tiết nào của kim loại.

4.      Làm nguội: kim loại nấu chảy được đổ đầy vào khuôn cát sẽ bắt đầu làm nguội và hóa rắn  và hình thành lên hình dạng cuối cùng của sản phẩm. Sau khi kim loại nấu chảy làm nguội khuôn sẽ mở ra . Thời gian làm nguội theo ý muốn có thể được tính toán dựa trên độ dày thành của sản phẩm và nhiệt độ của kim loại. Phần lớn các lỗi có thể xảy ra có thể xuất hiện chính là kết quả của quá trình hóa rắn. Nếu một vài kim loại làm nguội quá nhanh, sản phẩm có thể bị co ngắn lại, nứt gãy, hoặc thành sản phẩm chưa hoàn chỉnh. Các phương pháp phòng ngừa có thể được thực hiện trong quá trình thiết kế ở cả sản phẩm và khuôn.

5.      Tháo/rút: sau khi thời gian hóa rắn hoàn thành, khuôn cát dễ dàng bị làm vỡ và sản phẩm đúc được tháo ra. Bước này thường được thực hiện bằng máy dao động, chúng sẽ rung lắc hết cát và tháo rời sản phẩm đúc ra. Khi được tháo ra, cát vẫn còn trên sản phẩm và lớp ô xít sẽ bám lên bề mặt. Người ta sẽ sử dụng phương pháp thổi để làm sạch cát trên bề mặt đặc biệt là bề mặt bên trong và giảm thiểu được độ thô ráp của bề mặt.

6.      Cắt/gọt: sau khi làm nguội phần vật liệu trên các rãnh khuôn sẽ bám vào sản phẩm, vì vậy phần sản phẩm thừa sẽ bị cắt bỏ bằng thủ công, bằng cưa hoặc máy cắt. Thời gian cắt gọt có thể tính bằng kích thước bao quanh sản phẩm đúc. Sản phẩm đúc càng lớn thì thời gian cắt gọt càng lâu. Phế liệu từ quá trình cắt gọt sẽ được thu gom đổ đi hoặc tái sử dụng. Tuy nhiên cũng cần phải sơ chế chúng để đạt được tỉ lệ phần trăm các chất hóa học phù hợp trước khi nó kết hợp với các nguyên tố khác.

Nguồn: thietkekhuon.com

Đúc khuôn cố định là một quá trình đúc kim loại có chung đặc điểm giống với cả đúc khuôn cắt và đúc khuôn mẫu chảy. Bởi vì trong đúc khuôn cát, kim loại nấu chảy được đổ vào khuôn và được kẹp chặt cho đến tận khi vật liệu nguội đi và hóa rắn để trở thành vật liệu có hình dạng như mong muốn. Tuy nhiên đúc khuôn cát sử dụng khuôn tạm thời, nó sẽ bị phá hủy ngay sau mỗi quá trình. Đối với khuôn đúc cố định, giống như đúc khuôn mẫu chảy, người ta sử dụng khuôn kim loại (khuôn cố định) được làm chủ yếu từ thép hoặc sắt đúc và có thể được sử dụng lại sau hàng nghìn lần sử dụng. Bởi vì kim loại nấu chảy được đổ vào khuôn và không được phun mạnh, đúc khuôn cố định thường được cho là đúc khuôn cố định sử dụng trọng trường.

Đúc khuôn cố định thường được sử dụng chủ yếu cho sản xuất với năng suất cao đối với các loại sản phẩm kim loại nhỏ và đơn giản với độ dày thành không đồng đều. Kim loại màu như hợp kim nhôm, hợp kim ma-giê, hợp kim đồng. Tuy nhiên, sắt và thép có thể đúc được bằng việc sử dụng khuôn gra-phit. Các sản phẩm đúc khuôn cố định thông thường bao gồm bánh răng, hộp bánh răng, và các bộ phận trên xe hơi và máy bay ví dụ như: pit tong, cánh bơm, và bánh xe.

Quá trình đúc khuôn cố định bao gồm các bước như sau:

1. Chuẩn bị khuôn: trước tiên, khuôn cần được nung nóng với nhiệt độ khoảng 150-260 độ C để giúp dòng kim loại di chuyển tốt hơn và giảm thiểu các lỗi có thể. Sau đó người ta sử dụng một lớp phủ bằng gốm lên bề mặt khoang khuôn để giúp cho việc tháo rời sản phẩm chi tiết được dễ dàng hơn và giúp kéo dài tuổi thọ của khuôn.
2. Lắp ráp khuôn: khuôn bao gồm ít nhất hai phần- hai nửa khuôn và các lõi bất kì được sử dụng để hình thành nên các đặc điểm phức tạp. Những lõi như thế được làm chủ yếu từ sắt, thép, nhưng lõi cát tạm thời đôi khi cũng được sử dụng. Trong bước này, lõi được chèn vào và hai nửa khuôn được kẹp chặt lại với nhau.
3. Đổ khuôn: kim loại nấu chảy được đổ từ từ từ máng vào khuôn thông qua rãnh rót ở trên đầu khuôn. Dòng chảy kim loại đi vào rãnh rồi tiến vào khoang khuôn
4. Làm nguội: kim loại nấu chảy được làm nguội và hóa rắn trong khuôn
5. Mở khuôn: sau khi kim loại hóa rắn, hai nửa khuôn được mở ra và sản phẩm được tháo khỏi khuôn
6. Cắt/gọt: trong suốt quá trình làm nguôi, kim loại bán vào rãnh hóa rắn dính vào sản phẩm, cho nên phần vật liệu thừa bám vào sảm phẩm sẽ bị cắt bỏ.

Ngoài những bước cơ bản như trên, còn có nhiều thay đổi trong quá trình đúc khuôn cố định để phù hợp với những ứng dụng đặc biệt khác. Ví dụ về những thay đổi bao gồm như sau:

–          Đúc rỗng: khi đúc khuôn cố định, kim loại nấu chảy được đổ vào khuôn và bắt đầu hóa rắn trên bề mặt khoang khuôn. Khi lượng nguyên liệu hóa rắn bằng với độ dày của thành, phần nguyên liệu còn lại ( tức là phần vẫn chưa hóa rắn hoàn toàn) được đổ ra ngoài khuôn, vì vậy mà đúc rỗng được sử dụng để sản xuất ra các sản phẩm lỗ rỗng mà không sử dụng lõi.

–          Đúc khuôn cố định áp lực thấp: thay vì được đổ, kim loại nấu chảy sử dụng không khí áp suất thấp để đổ kim loại nấu chảy vào khuôn. Việc sử dụng loại áp lực này vào việc đổ kim loại nấu chảy vào khuôn luôn duy trì ở mức đầy và giảm thiểu khả năng bị co ngắn lại trong quá trình làm nguội. Nhờ vậy mà người ta có thể đúc ra được các chi tiết hoàn hảo và thành mỏng hơn so với đúc khuôn cố định thông thường.

–          Đúc khuôn cố định sử dụng môi trường chân không: tương tự như đối với đúc khuôn cố định áp lực thấp, nhưng đúc bằng áp lực chân không này được sử dụng để đổ đầy vào khuôn. Do đó người ta có thể tạo ra các chi tiết có thành mỏng hơn và hoàn chỉnh hơn, và những tính chất cơ học của sản phẩm sẽ được cải thiện.

Nguồn: thietkekhuon.com