Dịch vụ đúc nhôm & khuôn mẫu trọn gói

Đúc nhôm là sản phẩm mà hợp kim nhôm được nấu chảy ở nhiệt độ khoảng 700-780℃ và đổ vào khuôn. Đây là vật liệu đa năng được sản xuất hàng triệu đơn vị mỗi năm, từ các bộ phận động cơ ô tô và vỏ thiết bị điện đến hàng rào dân dụng và khung máy. Đặc điểm của nó là nhẹ, độ bền cao và dễ tái tạo các hình dạng phức tạp.

Trong những năm gần đây, sự chú ý đã được khơi dậy trở lại đối với đúc nhôm do sự gia tăng của xe điện (EV) và nhu cầu về các tòa nhà nhẹ. Ngoài ra, do tính ưu việt của nó như một vật liệu tái chế và hiệu quả năng lượng cao, nó cũng được đánh giá cao là một vật liệu góp phần vào tính trung hòa carbon và các Mục tiêu Phát triển Bền vững (SDG).

Trong bài viết này, chúng tôi sẽ phân tích quy trình sản xuất đúc nhôm từ bức tranh tổng thể đến từng bước và giải thích theo cách dễ hiểu, bao gồm các quan điểm kiểm soát chất lượng cụ thể. Chúng tôi đặt mục tiêu tạo ra một cấu trúc hữu ích không chỉ cho nhân viên mua sắm và kỹ sư mà còn cho cả người mới bắt đầu.

Quy trình sản xuất đúc nhôm chủ yếu được chia thành sáu bước sau:

Độ chính xác, độ bền và chất lượng hình thức của sản phẩm bị ảnh hưởng rất nhiều bởi chuỗi quy trình này. Mỗi quy trình đòi hỏi công nghệ và kiểm soát chất lượng riêng, và cần kiểm soát chi tiết, chẳng hạn như “phân tích dòng chảy kim loại nóng chảy” và “xử lý khử khí để ngăn ngừa các khuyết tật khí”.

văn bản

Sao chépSửa

Thiết kế → Khuôn gỗ/sản xuất khuôn → Đúc (khuôn cát/khuôn) → Làm nóng chảy/khử khí → Đổ/đông đặc → Tháo khuôn → Hoàn thiện/xử lý → Xử lý nhiệt → Kiểm tra/giao hàng

Khuôn gỗ hoặc khuôn được sản xuất dựa trên dữ liệu CAD, có tính đến hình dạng sản phẩm, độ dày, độ dễ đổ, v.v. Khuôn gỗ chủ yếu được sử dụng để đúc khuôn cát và phù hợp với sản xuất nhiều loại, số lượng nhỏ. Mặt khác, khuôn lý tưởng cho các sản phẩm đòi hỏi sản xuất hàng loạt và độ chính xác. Trong giai đoạn thiết kế, “phương pháp đúc” như rãnh dẫn và máng nạp cũng được kết hợp.

Trong quá trình tạo khuôn cát bằng khuôn gỗ, “khuôn cát tự làm cứng” sử dụng nhựa furan và chất làm cứng là phổ biến. Trong trường hợp khuôn, bản thân kim loại được sử dụng làm khuôn, do đó tốc độ làm nguội nhanh và các hạt tinh thể mịn. Cả hai quy trình đều có tác động đáng kể đến độ chính xác về kích thước và độ hoàn thiện bề mặt của sản phẩm.

Các hợp kim nhôm như AC4C và AC7A được nung trong lò nung chảy (đến khoảng 700-780°C) và thực hiện xử lý thông lượng và xử lý khử khí (loại bỏ tạp chất và hydro). Kim loại nóng chảy phải được đổ nhẹ nhàng và nhanh chóng, nếu không có khả năng xảy ra các khuyết tật như khoang đúc và màng oxit.

Sau khi đổ, kim loại nóng chảy nguội và đông đặc, khuôn bị phá hủy hoặc mở ra để lấy vật đúc. Tiếp theo, thực hiện phun bi, loại bỏ gờ và gia công, và điều chỉnh độ cứng bằng cách xử lý nhiệt T5 hoặc T6 nếu cần.

Sản xuất đúc nhôm không chỉ là kỹ thuật “nóng chảy và đổ đơn giản”. Chất lượng phụ thuộc vào các khuyết tật có thể xảy ra trong từng quy trình và cách thực hiện các biện pháp ngăn ngừa chúng. Trong chương tiếp theo, chúng ta sẽ đi sâu hơn vào từng quy trình này và giải thích chi tiết các điểm chính và biện pháp chất lượng.

Chất lượng của sản phẩm đúc nhôm trước tiên được xác định bởi kế hoạch đúc (cách đổ) và độ chính xác của khuôn. Ở giai đoạn thiết kế CAD, một “kế hoạch” được lập ra kết hợp các rãnh và thanh đứng (để tránh co ngót). Dựa trên điều này, khuôn gỗ và khuôn kim loại được sản xuất bằng gia công NC hoặc bởi thợ thủ công. Khuôn gỗ nói riêng đòi hỏi một thiết kế hiệu chỉnh dự đoán sự biến dạng và độ dày không đều có thể xảy ra trong quá trình đúc tiếp theo. Những thay đổi đột ngột ở các bộ phận dày cũng có thể gây ra lỗ đúc do quá trình đông đặc chậm.

Khuôn được tạo thành bằng khuôn đã sản xuất. Đối với khuôn cát, “khuôn cát tự làm cứng” trộn nhựa furan và chất làm cứng là phổ biến. Mặc dù tốc độ làm mát chậm hơn so với khuôn kim loại, nhưng chúng phù hợp với các sản phẩm lớn và sản xuất quy mô nhỏ. Mặt khác, **đúc khuôn kim loại có đặc tính cơ học tuyệt vời vì nó nguội nhanh và cấu trúc trở nên đặc. Mỗi phương pháp đều có các yếu tố khuyết tật riêng, ví dụ điển hình là khuyết tật khí trong khuôn cát và khoang co ngót do nguội không đều trong khuôn kim loại.

Hợp kim nhôm như AC4C và AC7A được sử dụng để nấu chảy và nhiệt độ nóng chảy khoảng 700 đến 780°C. Kiểm soát chất lượng quan trọng nhất ở giai đoạn này là “khử khí” và “xử lý thông lượng”. Nếu hydro vẫn còn trong kim loại nóng chảy, nó sẽ gây ra khuyết tật khí và khoang đúc, do đó khuấy bằng khí trơ và thêm chất tinh chế là điều cần thiết. Ngoài ra, hãy cẩn thận với nhiệt độ không đều trong lò nấu chảy và các vụ nổ hơi nước do thêm vật liệu ướt.

Trong quy trình rót nhôm vào khuôn, sự cân bằng giữa “nhiệt độ của kim loại nóng chảy” và “tốc độ rót” là chìa khóa. Nếu rót quá nhanh, màng oxit sẽ bị trộn lẫn do sự nhiễu loạn, và nếu rót quá chậm, quá trình đông đặc sẽ không đều. Trong những năm gần đây, công nghệ sử dụng mô phỏng đúc (phân tích dòng chảy kim loại nóng chảy) để hình dung các đặc tính lưu động và đông đặc đã trở nên phổ biến. Ngoài ra, bằng cách kiểm soát tốc độ làm mát trong quá trình đông đặc, có thể thu được cấu trúc tinh thể mịn và cải thiện độ bền cơ học.

Sau khi đúc, vật đúc được cắt tỉa bằng cách “gọt ba via” và “phun bi” để cải thiện hình thức, sau đó được xử lý nhiệt bằng xử lý T5 hoặc T6 tùy thuộc vào ứng dụng của sản phẩm. Vì xử lý nhiệt ảnh hưởng đến độ bền và khả năng chống mài mòn nên việc quản lý tối ưu nhiệt độ và thời gian giữ là điều cần thiết. Ngoài ra, đối với các bộ phận yêu cầu độ chính xác về kích thước, gia công chính xác được thực hiện bằng CNC. Kiểm soát dung sai cuối cùng và sự có hoặc không có khuyết tật bên trong được xác nhận bằng thử nghiệm không phá hủy như chụp X-quang và siêu âm.

Chất lượng sản xuất đúc nhôm không chỉ phụ thuộc vào độ chính xác của từng quy trình mà còn phụ thuộc vào chất lượng hợp tác và chia sẻ thông tin giữa các quy trình. Đặc biệt, nếu không có sự nhất quán giữa thiết kế khuôn gỗ và điều kiện rót (nhiệt độ, tốc độ và thiết kế rãnh), các khuyết tật như chảy kém, khoang đúc và biến dạng có xu hướng xảy ra thường xuyên.

Do đó, điều cần thiết là phải thực hiện mô phỏng đúc bằng CAE (Kỹ thuật hỗ trợ máy tính) ngay từ giai đoạn đầu của quá trình thiết kế sản phẩm để hình dung hành vi lưu động và đông đặc. Đây là một ví dụ về cách tiếp cận tích hợp giữa thiết kế và sản xuất, cũng được khuyến nghị trong Dự án Nhóm hỗ trợ sản xuất thông minh do Bộ Kinh tế, Thương mại và Công nghiệp hỗ trợ [Nguồn: Bộ Kinh tế, Thương mại và Công nghiệp “Nhóm hỗ trợ sản xuất thông minh”].

Tuy nhiên, điều cần thiết là không nên chấp nhận một cách mù quáng kết quả mô phỏng mà phải so sánh chúng với tốc độ rót, trình tự công việc và trình độ thành thạo tại chỗ trong công việc thực tế. Bằng cách hiểu được khoảng cách với thực tế và thiết lập vòng phản hồi, tính ổn định của sản xuất sẽ được cải thiện đáng kể.

Ngoài ra, Chia sẻ các KPI (Chỉ số hiệu suất chính) về chất lượng trong toàn bộ quy trình cũng rất hiệu quả. Bằng cách làm rõ và trực quan hóa các chỉ số số sau, chúng ta có thể mong đợi thiết lập được văn hóa chất lượng trên khắp các phòng ban:

Bằng cách sử dụng các chỉ số này làm ngôn ngữ chung giữa các nhóm sản xuất, đảm bảo chất lượng và thiết kế, khả năng tái tạo và độ tin cậy của sản phẩm đúc nhôm sẽ được cải thiện đáng kể.

Không thể đảm bảo chất lượng đúc nhôm chỉ bằng cách thiết kế theo bản vẽ. Tạo mẫu và xác minh tại chỗ, tích lũy phản hồi và nỗ lực ngăn ngừa tái diễn là chìa khóa để ổn định sản xuất. Ở đây, chúng tôi sẽ trích xuất kiến ​​thức hữu ích cho việc cải thiện chất lượng từ hai trường hợp thành công và thất bại tại các địa điểm sản xuất thực tế.

Các bộ phận đúc nhôm cho xe HV và EV đòi hỏi cả độ bền cao và trọng lượng nhẹ cũng như khả năng xử lý các hình dạng phức tạp. Trong trường hợp này, thách thức là thiết kế đúc kết hợp một khối trung tâm dày (15 mm) với một thành ngoại vi mỏng (3,5 mm).

Để đối phó, dòng chảy kim loại nóng chảy và hành vi đông đặc đã được xác minh trước bằng cách sử dụng mô phỏng đúc sử dụng CAE. Nhiệt độ kim loại nóng chảy được ổn định ở mức 740±5°C và tốc độ rót được điều chỉnh thành 40-60 cm/giây. Bố trí bộ nạp cũng được tối ưu hóa để tránh xảy ra các khoang đúc và khuyết tật co ngót.

Ngoài ra, hai lần sửa đổi nhỏ đã được thực hiện đối với khuôn gỗ ban đầu dựa trên phản hồi từ những công nhân có kinh nghiệm. Có thể sản xuất hàng loạt trong phạm vi dung sai ±0,1 mm so với nguyên mẫu đầu tiên và tỷ lệ đạt 100% đối với sản phẩm đầu tiên.

Trong một dự án sản xuất khối lượng trung bình, tỷ lệ lỗi đúc đạt hơn 15% trong lô sản xuất hàng loạt ban đầu, dẫn đến tăng số lượng làm lại và lãng phí trong quá trình kiểm tra. Do đó, đã xảy ra sự cố khiến quá trình vận chuyển bị chậm trễ cộng dồn 5 ngày làm việc.

Sau khi phân tích nguyên nhân, hai điểm sau đây được xác định là nguyên nhân chính:

Để ứng phó, thời gian làm cứng cát được kéo dài hơn 10 phút và một hệ thống cảm biến được đưa vào để đo nhiệt độ từ lò nấu chảy đến điểm rót theo thời gian thực. Kết quả là, hai tuần sau, tỷ lệ lỗ phun đã giảm xuống còn 1,4% và sự chậm trễ trong quy trình đã được loại bỏ.

Bài học rút ra từ sự cố này không gì khác hơn là sự khẳng định lại nguyên tắc rằng “việc tuân thủ các tiêu chuẩn trong quy trình thượng nguồn và đồng bộ hóa thông tin với quy trình tại chỗ về cơ bản quyết định chất lượng đúc”.

Câu hỏi 1. Sự khác biệt giữa đúc nhôm và đúc khuôn là gì?
A. Đúc được đổ vào khuôn kim loại hoặc khuôn cát bằng trọng lực, trong khi đúc khuôn là phương pháp đổ kim loại vào khuôn kim loại dưới áp suất cao. Đúc khuôn có độ chính xác kích thước cao và phù hợp với sản xuất hàng loạt.

Câu hỏi 2. Làm thế nào để phát hiện các khuyết tật bên trong trong đúc?
A. Máy dò khuyết tật tia X hoặc siêu âm được sử dụng để kiểm tra không phá hủy các lỗ phun và khoang bên trong.

Câu hỏi 3. Khuôn kim loại hay khuôn cát phù hợp hơn cho sản xuất hàng loạt?
A. Khuôn kim loại có chi phí ban đầu cao, nhưng có thể sử dụng nhiều lần và phù hợp với sản xuất hàng loạt. Khuôn cát có chi phí thấp và phù hợp với số lượng nhỏ và hình dạng phức tạp.

Câu hỏi 4. Các khuyết tật chính trong đúc nhôm là gì?
A. Có các lỗ phun, khuyết tật khí, khoang co ngót, vết nứt, v.v., tất cả đều có thể được giảm thiểu bằng sự khéo léo trong điều kiện rót và thiết kế khuôn.

Q5. Đúc nhôm có khả năng tái chế cao không?
A. Khả năng tái chế cao. Vật liệu phế liệu cũng có thể được nấu chảy lại và tái sử dụng, giúp giảm tác động đến môi trường.

Chất lượng và chi phí đúc nhôm phụ thuộc rất nhiều vào mức độ hiểu biết và quản lý của từng quy trình sản xuất. Từ thiết kế khuôn gỗ đến đổ khuôn và hoàn thiện, tính nhất quán và sự hợp tác giữa từng quy trình là chìa khóa để giảm thiểu khuyết tật và cải thiện khả năng tái tạo. Ngoài ra, việc định lượng các chỉ số kiểm soát chất lượng và chia sẻ thông tin giữa lĩnh vực này và thiết kế là bước đầu tiên để cải thiện lĩnh vực này.

Trong các bài viết sau, chúng tôi dự định sẽ giải thích chi tiết Những điểm chính để xây dựng hệ thống đảm bảo chất lượng khi thuê ngoài cho các nhà sản xuất đúc ở nước ngoài. Nếu bạn đang cân nhắc mua sắm toàn cầu, vui lòng theo dõi.