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 .
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,…
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 <3%. Tỷ lệ Nitơ <2.5% đối với đúc gang, đúc thép <0.8%.
Nước nhiều sẽ làm giảm độ bền của hỗn hợp làm khuôn, tăng lượng sử dụng nhựa và sinh khí trong quá trình đúc.
Nitơ nhiều làm cho vật đúc xuất hiện các khuyết tật rỗ khí trên bề mặt. Để hạn chế sự sinh khí nitơ, bắt buộc phải sử dụng chất sơn khuôn phù hợp để ngăn khí xâm nhập vào vật đúc. Điều này sẽ làm tăng chi phí sản xuất, tăng giá thành vật đúc.
Tạo thao:
Thao được tạo thành từ cát + nhựa Furan và chất kết dính, sau khi cho hỗn hợp cát + xương thao + lỗ thoát khí vào khuôn thao đầm chặt.
Sau 30-60 phút cát sẽ tự đông cứng lấy thao ra khỏi khuôn kiểm tra lại, khi đạt tiêu chuẩn tiến hàng sơn thao và sấy khô.
Tạo khuôn đúc
Chuẩn bị: Cát đúc, mẫu đúc,thao, khung nhôm, chất sơn khuôn, dụng cụ tạo hệ thống rót lỗ thoát khí, Bulong xiết khuôn, keo dán khuôn,…
Tạo khuôn: mẫu đúc sẽ được đặt vào khuôn nhôm ⇒ cho hỗn hợp cát đã được trộn vào khuôn nhôm và đầm thật chặt ⇒ tạo hệ thống rót, lỗ thoát khí ⇒ sau khi lấy mẫu ra khỏi khuôn tiến hành lắp thao và tiếp đến là sơn khuôn để tránh bị cháy cát ( tìm hiểu chất sơn khuôn)⇒khò lửa lòng khuôn sau khi sơn ⇒ cho keo vòng quanh khuôn và lắp 2 mặt khuôn vào nhau cố định bằng Bulong xiết khuôn.
Nấu gang, rót gang
Với kỹ thuật đúc gang Furan lò điện cảm ứng sẽ được sử dụng để nấu luyện gang tùy vào hình thái hoạt động sẽ sử dụng lò khác nhau:
- Lò cảm ứng tần số thấp sử dụng tần số từ 50 ⁓ 60Hz.
- Lò cảm ứng trung tần sử dụng tần số 120 ⁓ 200 Hz.
- Lò cảm ứng cao tần sử dụng tần số từ 500 ⁓ 3000 Hz.
Các công đoạn thực hiện của quy trình đúc gang công nghệ Furan rất tỉ mỉ và tốn chi phí nên quá trình nấu luyện gang được thực hiện rất kỹ lương, quá trình đổ gang sẽ được mô phỏng trước trên máy tính để giảm thiểu tối đa hư hỏng khi đổ sau đó trong quá trình nấu luyện gang sẽ:
- Phân tích thành phần Biến tính điều chỉnh thành phần
- Kiểm tra nhiệt độ của kim loại lỏng bằng sung đo nhiệt, kiểm tra biến cứng, kiểm tra tính chảy.
- Cuối cùng là điều chỉnh thành phần gang hồi luyện và rót gang vào gầu.
Gầu được sử dụng là gầu nghiêng có bánh răng : 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 cần trục.
Được dùng để rót khuôn vật đúc lớn và vận chuyển kim loại lỏng. Lượng kim loại chứa trong nó là 5 ~10 tấn tuỳ theo từng loại.
Sản phẩm sau khi làm nguội từ 12-48h sẽ được chuyển vào máy phá khuôn ⇒ bắn sạch cát⇒ kiểm tra vật đúc ngoài các phương pháp như công nghệ truyền thống , sản phẩm đúc bằng công nghệ Furan còn được đánh giá bởi các bước:
- kiểm tra thẩm thấu.
- Kiểm tra tìm Siêu âm tìm khuyết tật khuyết tật bên trong bằng phương pháp Chụp X-quang.
- Kiểm tra áp lực Kiểm tra rò rỉ ( áp lực dầu, áp lực khí).
IV.Kỹ thuật đúc gang bằng công nghệ tự động hóa Disa
Đúc gang trên dây truyền tự động hóa có tốc độ làm khuôn nhanh, tùy vào từng sản phẩm tốc có thể đạt 100 khuôn đến 400 khuôn 1 giờ. Sản phẩm khi đúc ra có độ hoàn thiện và thông số kỹ thuật có độ chính xác cao.
Các sản phẩm đúc thường là những vật đúc vừa và nhỏ cần số lượng rất lớn, chi phí đầu tư và vận hành công nghệ đúc tự động Disa rất cao.
Mô phỏng quy trình công nghệ đúc gang tự động của Disa
Hệ thống thiết bị làm khuôn cát tươi tự động bao gồm:
- Thiết bị làm khuôn kiểu đứng DISAMATIC.
- Thiết bị làm khuôn kiểu ngang DISA MATCH.
- Thiết bị làm khuôn kiểu nằm ngang DISA FLEX.
- Thiết bị vận chuyển khuôn AMH.
- Hệ thống tái sinh và trộn cát bao gồm cả bộ phận làm mát, Hệ thống kiểm tra cát.
- Thiết bị làm lõi.
- Hệ thống lọc bụi.
- Hệ thống làm sạch và xử lý bề mặt, bao gồm: Wheel Blast, Air Blast và một số thiết bị dùng trong các mục đích đặc biệt.
Cát đúc của kỹ thuật đúc gang Disa được trộn với bột than ( Là than chứa chất bitum có tính dễ bay hơi cao, nó có những điểm tốt là ít tro tàn và có chứa một lượng ít các hạt mịn bởi quá trình sàng lọc hoặc do sự tách lọc của không khí. Được dùng để cải thiện bề mặt vật đúc và phòng chống cháy cát.)
Quá trình rót gang của công nghệ đúc gang tự động Disa sử dụng máy rót khuôn tự động có dạng là gầu rót đáy. Nó tự động dò tìm vị trí miệng rót khuôn đúc cho phù hợp bằng chùm tia laser, sau đó tiến hành tự động rót kim loại vào khuôn. Nó có thể tiến hành rót khuôn một cách liên tục. Lượng kim loại lỏng chứa trong nó là 700kg và được lót nguyên liệu chịu nhiệt Si.
