Bài 1.1Tạo hình ban đầuChương 1 · Đúc

Đúc cát

Kim loại rót vào khoang nén trong cát; cát được phá bỏ sau đó

Đúc khuôn cát tạo chi tiết kim loại bằng cách rót kim loại nóng chảy vào một khoang rỗng tạo hình trong cát nén. Thân động cơ, nắp cống và vỏ bơm là những ví dụ tiêu biểu. Đây là một trong những phương pháp đúc lâu đời nhất và vẫn được dùng nhiều nhất, vì khuôn rẻ và gần như mọi kích thước đều làm được.

Ảnh: Kambai Akau, CC BY-SA 4.0, qua Wikimedia Commons

Đúc khuôn cát · mẫu, rót, phá khuônĐọc ba hình từ trái sang phải; các số trong vòng tròn khớp với các bước bên dưới.

Đúc cát trong một phút, bởi MecMade

Cách hoạt động

Làm mẫu. Mẫu là bản sao kích thước thật của chi tiết bằng gỗ, nhựa hoặc kim loại. Nó được làm lớn hơn một chút, vì kim loại co lại khi nguội.
Nén cát quanh mẫu. Mẫu nằm trong một hòm gồm hai nửa gọi là hòm khuôn. Cát trộn với đất sét và nước (cát ẩm) hoặc với chất kết dính nhựa được dầm (nén mạnh) quanh mẫu cho đến khi giữ được hình.
Lấy mẫu ra, đặt lõi, đóng khuôn. Nửa trên (hòm trên) được nhấc khỏi nửa dưới (hòm dưới) và mẫu được rút ra, để lại một khoang. Một lõi (khối cát đã đóng rắn) được đặt vào để tạo lỗ trong, các rãnh dẫn được cắt, và hai nửa được đóng lại. Đường nối nơi hai nửa gặp nhau là mặt phân khuôn.
Rót. Kim loại nóng chảy được rót từ gáo vào cốc rót. Nó chảy xuống ống rót (kênh thẳng đứng), dọc theo kênh dẫn (kênh nằm ngang) và lấp đầy khoang.
Để đông đặc. Nguội mất vài phút với chi tiết nhỏ và hàng giờ, thậm chí vài ngày, với chi tiết rất lớn. Một đậu ngót (bể chứa kim loại phụ) tiếp tục cấp kim loại cho chi tiết khi nó co lại, nhờ vậy lỗ co ngót hình thành trong đậu ngót chứ không phải trong chi tiết.
Phá khuôn và hoàn thiện. Cát được rũ ra và tái chế. Ống rót và đậu ngót được cắt bỏ, bề mặt được làm sạch, thường bằng phun bi (phun bằng các viên bi thép nhỏ), và các mặt quan trọng được gia công.

Thông số chính

Vật liệu: Hầu như mọi kim loại nấu chảy được: gang xám và gang cầu, thép, nhôm, đồng thanh, đồng thau, magie
Chi tiết thường gặp: Thân động cơ, nắp xi lanh, thân bơm và van, vỏ hộp số, nắp cống, đế máy
Kích thước chi tiết: Từ vài centimet đến vài mét; từ vài gram đến hơn 100 tấn
Độ chính xác: Thường khoảng ±0,5 đến ±2 mm, lớn hơn với chi tiết to
Bề mặt hoàn thiện: Nhám và sần: Ra (độ nhám trung bình) khoảng 6 đến 25 µm
Số lượng phù hợp: Từ chiếc đơn lẻ và mẫu thử (làm khuôn thủ công) đến hàng triệu chi tiết (dây chuyền làm khuôn tự động)
Chi phí khuôn dụng cụ và máy: Mẫu từ vài trăm đến hàng chục nghìn USD; dây chuyền làm khuôn tự động có giá hàng triệu USD
Tốc độ: Vài giờ cho mỗi khuôn làm thủ công; dây chuyền tự động làm đến vài trăm khuôn mỗi giờ. Làm nguội thêm vài phút đến vài giờ

Ưu điểm và hạn chế

Ưu điểm

Dùng được với hầu hết mọi kim loại, kể cả sắt và thép có nhiệt độ nóng chảy cao
Chi tiết từ cỡ lòng bàn tay đến nhiều tấn
Dụng cụ rẻ nên chiếc đơn lẻ và mẫu thử đều trong tầm chi phí
Lõi giúp tạo các đường dẫn bên trong phức tạp

Hạn chế

Bề mặt nhám và dung sai lỏng nên các mặt quan trọng cần gia công
Phải làm khuôn mới cho mỗi chi tiết
Lỗ khí (độ xốp) và hạt cát lẫn vào có thể gây khuyết tật
Thành mỏng khó điền đầy; khoảng 3 đến 5 mm là mức tối thiểu thực tế

Ứng dụng

Ô tôThân động cơ gang, nắp xi lanh, tang phanh, vỏ vi sai
Bơm và vanVỏ bơm, thân van, cánh bơm
Máy móc hạng nặngBệ máy công cụ, vỏ hộp số, thiết bị khai thác mỏ và xây dựng
Năng lượng và hàng hảiMoay-ơ tuabin gió, vỏ tuabin, chân vịt tàu thủy
Hạ tầng đô thịNắp cống, lưới thoát nước, phụ kiện ống
Đồ gia dụngChảo gang, chi tiết bếp củi, chuông

Cách nhận biết

Bề mặt sần, mờ, như giấy nhám mịn, ở mọi vùng chưa được gia công.
Một đường nối mỏng hoặc bậc nhỏ chạy quanh chi tiết: mặt phân khuôn, nơi hòm trên và hòm dưới gặp nhau.
Những mảng phẳng, đã mài, nơi ống rót, kênh dẫn và đậu ngót được cắt bỏ.
Các mặt gia công bóng (mặt bích bu lông, lỗ khoan) nằm ngay cạnh bề mặt đúc nhám.

So sánh với

Đúc mẫu chảy1.2vỏ gốm được dựng quanh một bản sao bằng sáp cho chi tiết mịn hơn nhiều và bề mặt nhẵn hơn, với chi phí mỗi chi tiết cao hơn.Đúc áp lực1.4khuôn thép dùng lại được và áp suất cao tạo ra chi tiết nhôm và kẽm nhanh, chính xác, nhưng khuôn đắt hơn nhiều.Đúc xốp mất (lost foam)1.6cũng dùng cát, nhưng mẫu là bản sao bằng xốp, nằm lại trong khuôn và bị kim loại làm bốc hơi.

Xem video

dharmesh barodiya · Mọi bước, từ mẫu đến vật đúc hoàn chỉnh, trong một xưởng dạy nghề

mrpete222 · Cách đầm khuôn cát ẩm bằng tay trong hòm trên và hòm dưới

General Foundry Service · Một xưởng đúc cát ẩm công nghiệp và cảnh rót kim loại trông như thế nào

DISA · Cách một dây chuyền tự động làm khuôn và rót kim loại để sản xuất hàng loạt

Xem ảnh thật

Wikipedia: Sand casting — ảnh khuôn, hòm khuôn, lõi và vật đúc, kèm sơ đồ quy trình
Wikipedia: DISAMATIC — máy tự động làm khuôn cát chia theo phương đứng
Tìm ảnh trên Wikimedia Commons

Ghi nhớ

Một mẫu dùng lại được tạo hình khoang khuôn; khuôn cát bị phá hủy sau mỗi lần rót.
Ống rót, kênh dẫn và đậu ngót đưa kim loại vào và cấp bù, rồi bị cắt bỏ.
Rẻ và linh hoạt cho mọi kích thước, nhưng nhám và độ chính xác chỉ ở mức vừa phải.