Dịch vụ đúc nhôm & khuôn mẫu trọn gói

Đúc nhôm (đúc hợp kim nhôm) là vật liệu linh kiện nhẹ, hiệu suất cao được sử dụng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm linh kiện ô tô, máy móc công nghiệp và vật liệu xây dựng. Nó ngày càng thu hút nhiều sự chú ý trong những năm gần đây do khả năng xử lý các hình dạng phức tạp và khả năng gia công. Tuy nhiên, hiệu suất, chất lượng và chi phí thực sự được đánh giá ở giai đoạn thiết kế**.

Đặc biệt đối với người mới bắt đầu, các thiết kế tiến triển mà không mơ hồ về nơi cần chú ý và trong nhiều trường hợp, các vấn đề phát sinh trong quá trình tạo mẫu hoặc sản xuất hàng loạt. Dưới đây là một ví dụ.

Nhiều vấn đề trong số này là “khuyết tật liên quan đến thiết kế”, nói cách khác, có thể tránh được tùy thuộc vào sự khéo léo của thiết kế ban đầu.

Trong bài viết này, chúng tôi sẽ giải thích các khái niệm về thuật ngữ, nguyên tắc và sơ đồ thiết kế, cũng như các trường hợp hỏng hóc và danh sách kiểm tra theo từng giai đoạn để ngay cả những người mới bắt đầu thiết kế đúc cũng có thể hiểu được. Mục đích là giúp mọi người hiểu “tại sao thiết kế là cần thiết” và có được “quan điểm của nhà thiết kế” giúp họ giao tiếp với cơ sở sản xuất.

Để thiết kế đúc nhôm đúng cách, tiền đề là chúng là “đặc điểm vật liệu”, “sự khác biệt trong phương pháp đúc” và “hiểu các thuật ngữ cơ bản”. Chương này sẽ sắp xếp từng điều một cách ngắn gọn.

Đúc nhôm là các bộ phận được tạo thành bằng cách nấu chảy hợp kim nhôm và đổ chúng vào khuôn. Nó nhẹ và có độ dẫn nhiệt và chống ăn mòn tuyệt vời, được sử dụng rộng rãi trong ô tô, máy móc công nghiệp, thiết bị điện tử, v.v.

Tùy thuộc vào ứng dụng, vật liệu JIS là AC4C (Al-Si-Mg) và AC7A (Al-Mg) và thường được thiết kế với các giả định về xử lý bề mặt và gia công.

Việc lựa chọn phương pháp đúc ảnh hưởng rất lớn đến các điều kiện thiết kế. Sau đây là một số so sánh về các phương pháp đúc chính:

Do các phương pháp đúc, độ dày thành, độ dốc, chi phí và thời gian giao hàng khác nhau, vì vậy việc lựa chọn là điều cần thiết trong giai đoạn thiết kế**.

Thiết kế đúc đòi hỏi phải hiểu chính xác các thuật ngữ sau:

Tất cả những điều này đều liên quan trực tiếp đến chất lượng đúc, khả năng gia công và chi phí, do đó, trách nhiệm của nhà thiết kế là làm rõ thiết kế trong hướng dẫn bản vẽ.

Nguồn: JIS H 5202:2010 Đúc hợp kim nhôm

Khi thiết kế đúc nhôm, có “5 nguyên tắc cần ghi nhớ” để ngăn ngừa hỏng hóc. Đây là “hướng dẫn thiết kế thực tế” có tính đến các hạn chế vật lý và đặc điểm vật liệu trong quá trình đúc, và rất cần thiết cho cả người mới bắt đầu và người có kinh nghiệm.

Độ dày của vật đúc là yếu tố quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ và độ bền làm nguội. Nếu độ dày không đồng đều, sẽ có sự khác biệt về tốc độ làm nguội và các bộ phận dày có nhiều khả năng phát triển “rỗng co ngót” do quá trình đông đặc chậm. Ngoài ra, nếu thành quá mỏng, kim loại nóng chảy sẽ không chảy đủ, gây ra tình trạng lấp đầy và khuyết tật.

Biện pháp đối phó lý tưởng là tránh các thành quá dày hoặc quá mỏng và thiết kế để làm cho thành đồng đều nhất có thể. Nếu cần độ bền cục bộ, thì sử dụng “gờ (gờ gia cố)” thay vì làm dày thành sẽ hiệu quả hơn để tránh tăng trọng lượng và làm nguội kém.

Bản nháp là độ nghiêng nhẹ theo hướng của khuôn kim loại hoặc khuôn cát để sản phẩm có thể được lấy ra khỏi khuôn một cách trơn tru. Nếu bản nháp không đủ, sản phẩm có thể bị kẹt trong khuôn và không thể lấy ra được hoặc bản thân khuôn có thể bị hỏng.

Góc của bản nháp thay đổi tùy thuộc vào phương pháp đúc và hình dạng sản phẩm, nhưng 1 đến 3 độ là hướng dẫn chung. Nếu không được chỉ định ở giai đoạn thiết kế, thì sẽ để “phán đoán tại chỗ” của địa điểm sản xuất, vì vậy điều quan trọng là phải chỉ định bản vẽ.

Các sản phẩm đúc thường có bề mặt nhám được gọi là “lớp vỏ đúc” và cần gia công như cắt và đánh bóng để hoàn thiện sản phẩm. Với quy trình xử lý này, điều cần thiết là phải cung cấp “dung sai gia công (dung sai hoàn thiện)” trên bề mặt trước.

Nếu không thiết lập phụ cấp gia công, sẽ có nguy cơ thiếu kích thước hoặc các khu vực không thể gia công, và nếu cần đúc lại, chi phí và thời gian giao hàng sẽ tăng đáng kể. Mặt khác, phụ cấp cắt quá mức sẽ dẫn đến lãng phí vật liệu và tăng thời gian xử lý, do đó cần tối ưu hóa cho từng bộ phận.

Hợp kim nhôm có đặc tính co ngót về thể tích trong quá trình đông đặc và làm nguội. Để phản ánh điều này trong thiết kế, cần phải xem xét “phụ cấp co ngót” bằng cách làm khuôn hoặc mô hình lớn hơn kích thước thực tế.

Ví dụ, thông thường, phụ cấp co ngót là khoảng 0,5 đến 1,2% đối với hợp kim nhôm. Nên xác định hệ số co ngót cho từng vật liệu và phương pháp đúc, tham khảo tiêu chuẩn JIS và kết quả sản xuất trước đây.

Mặc dù đúc nhôm thường được gọi như vậy, nhưng có nhiều vật liệu trong tiêu chuẩn JIS được sử dụng cho các mục đích khác nhau. Ví dụ:

Khi thiết kế, cần lựa chọn vật liệu theo môi trường sử dụng, độ bền cần thiết và yêu cầu về chi phí, đồng thời điều chỉnh độ dày thành và thiết kế gân cho phù hợp. Ngoài ra, tùy thuộc vào vật liệu, việc có hay không xử lý nhiệt và điều kiện xử lý bề mặt sẽ thay đổi, vì vậy điều quan trọng là phải nêu rõ điều này trên bản vẽ.

Có thể nói năm nguyên tắc này là “ngôn ngữ chung với công trường” trong thiết kế đúc nhôm. Trong chương tiếp theo, chúng ta sẽ xem xét kỹ hơn về thiết kế dòng chảy nóng chảy thực tế và các phương pháp đúc (cách lấy sprue).

Nguồn: “Hiểu! Sử dụng! Giới thiệu về Casting” Nikkan Kogyo Shimbun

Trong đúc nhôm, chất lượng bị ảnh hưởng rất nhiều bởi cách đổ kim loại nóng chảy vào khuôn. Nếu dòng chảy của kim loại nóng chảy bị xáo trộn hoặc không khí hoặc oxit bị cuốn theo, các khuyết tật như khoang co ngót, bong bóng và bề mặt gồ ghề sẽ xảy ra. Do đó, thiết kế của sprue và kênh dẫn, và kiểm soát dòng chảy trong khuôn = kế hoạch đúc là cực kỳ quan trọng.

Kế hoạch đúc là thiết kế về vị trí và cách đổ kim loại nóng chảy. Các phương pháp và cách sử dụng điển hình như sau:

Hợp kim nhôm dễ bị oxy hóa, vì vậy, đổ nhẹ nhàng, nhanh chóng và đều là chìa khóa để lựa chọn phương pháp.

Trong thiết kế đúc, ba hiện tượng sau đây phải được phối hợp trên một trục thời gian.

Để thiết kế toàn diện những thứ này, phân tích quá trình đông đặc CAE và mô phỏng dòng chảy cũng đang được sử dụng. Bằng cách sử dụng kết quả phân tích, có thể giảm nguy cơ khuyết tật ngay cả trước khi tạo mẫu.

Nguồn: Công nghệ sản xuất đúc hợp kim nhẹ và đúc khuôn, Trung tâm chế biến vật liệu
Nguồn: Cơ quan doanh nghiệp vừa và nhỏ, “Các vấn đề liên quan đến công nghệ đúc”

Khi thiết kế đúc nhôm, điều cần thiết là phải hiểu cấu trúc dựa trên “tính chất vật liệu x các định luật vật lý tại địa điểm đúc”, thay vì chỉ xác định kích thước. Dưới đây là bốn lỗi điển hình mà người mới bắt đầu có thể mắc phải và cách tránh chúng.

Sai lầm: Làm dày thành để tăng độ bền, nhưng làm nguội chậm gây ra các lỗ rỗng co ngót (rỗng), có tác dụng ngược lại.
Biện pháp khắc phục: Thay vì tăng độ dày thành, hãy tăng độ cứng bằng gia cố gân.

Sai lầm: Nếu thiết kế theo chiều thẳng đứng mà không có độ dốc, sẽ xảy ra hư hỏng hoặc trầy xước khi tháo khỏi khuôn.
Biện pháp khắc phục: Chỉ định góc thoát từ 1 đến 2 độ trên bản vẽ để tránh đánh giá tại chỗ.

Lỗi: Nếu tạo mô hình theo kích thước trong bản vẽ, do độ co ngót khi nguội sẽ dẫn đến kích thước không đủ.
Biện pháp khắc phục: Hiểu tỷ lệ co ngót của từng vật liệu và phương pháp đúc và phản ánh trong thiết kế mô hình.

Lỗi: Do lựa chọn vật liệu đa năng AC2A, xuống cấp sớm do khả năng chống ăn mòn không đủ.
Biện pháp khắc phục: Tùy thuộc vào môi trường sử dụng và điều kiện ứng suất, hãy chọn vật liệu phù hợp như AC4CH** để đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất.

Những lỗi này xảy ra do nhà thiết kế thiếu hiểu biết về cấu trúc và nhận thức tại chỗ. Trong chương tiếp theo, chúng ta sẽ đi sâu hơn vào các góc nhìn thực tế thông qua Câu hỏi thường gặp để giải đáp các câu hỏi thường gặp trong quá trình thiết kế.

Trong thiết kế đúc nhôm, người mới bắt đầu và những người đã gặp sự cố thường đặt ra những câu hỏi tương tự nhau. Dưới đây là 5 câu hỏi thường gặp và câu trả lời thực tế của chúng.

A: Dưới 3 mm có nguy cơ không được lấp đầy và trên 10 mm có nguy cơ bị rỗng do co ngót.
Tiêu chuẩn là từ 3,5 đến 6 mm. Độ bền không nên được đảm bảo bằng độ dày thành mà bằng phần gia cố kết cấu như gân.

A: AC4CH có khả năng chịu áp suất và độ bền cao hơn AC4C.
AC4C là vật liệu đa năng, trong khi AC4CH lý tưởng cho các ứng dụng đòi hỏi khả năng chịu va đập và bịt kín. Bí quyết để tránh sự cố là sử dụng chúng theo ứng dụng.

A: Có. Các thông số kỹ thuật thiết kế phải được điều chỉnh để phù hợp với phương pháp đúc.
Vì góc nghiêng, độ dày thành và dung sai kích thước khác nhau nên điều cơ bản là tối ưu hóa thiết kế sau khi phương pháp đúc được hoàn thiện.

A: Độ co ngót được tính bằng cách so sánh mẫu đúc với kích thước trên bản vẽ.
Vì sẽ có sự khác biệt so với giá trị lý thuyết, giá trị đo thực tế thu được từ mẫu đầu tiên là dữ liệu đáng tin cậy nhất.

A: Có năm điểm cần kiểm tra: bề mặt, kích thước, bên trong, vật liệu và khả năng gia công.
Bằng cách có mặt nhà thiết kế và kiểm tra cùng với công trường, có thể ngăn ngừa được các vấn đề khi chuyển sang sản xuất hàng loạt.

Khi thiết kế đúc nhôm, phần lớn chất lượng và chi phí được xác định tại thời điểm vẽ bản vẽ. Nếu bạn không hiểu rõ về hiện tượng vật lý của quá trình đúc, rất dễ gây ra các khuyết tật như lỗ rỗng co ngót và khuyết tật về kích thước.

Những điểm chính của bài viết này như sau:

Đặc biệt là khi bạn tham gia thiết kế đúc lần đầu tiên, điều quan trọng là phải hiểu rằng hoàn thành bản vẽ không có nghĩa là kết thúc mà là điểm khởi đầu của quá trình giao tiếp.

Thiết kế đúc bắt đầu bằng cuộc đối thoại với công trường.
Bước đầu tiên đó là chìa khóa để giảm khuyết tật và cải thiện chất lượng.