Đúc chết hoạt động như thế nào? Quá trình đằng sau các bộ phận đúc tự động

Đúc khuôn hoạt động bằng cách ép kim loại nóng chảy vào khuôn thép có thể tái sử dụng dưới áp suất cao, nơi nó đông cứng trong vài giây thành một bộ phận chính xác, gần hoàn thiện. Kim loại nóng chảy, thường là nhôm, kẽm hoặc magie, được bơm vào ở áp suất từ ​​khoảng 1.000 đến 20.000 psi (7 đến 138 MPa), lấp đầy mọi chi tiết của khoang khuôn, nguội đi nhanh chóng và được đẩy ra như một bộ phận thường chỉ cần cắt tỉa một chút trước khi sẵn sàng sử dụng. Sự kết hợp giữa tốc độ, khả năng lặp lại và độ chính xác về kích thước chính xác là lý do tại sao đúc khuôn là quy trình tiêu chuẩn đằng sau hầu hết các sản phẩm. bộ phận đúc tự động , từ khối động cơ đến vỏ hộp số.

Các phần bên dưới sẽ trình bày từng giai đoạn của quy trình, sự khác biệt giữa máy buồng nóng và máy buồng lạnh, hợp kim và áp suất được sử dụng cho các bộ phận đúc tự động nói riêng và cách đánh giá chất lượng đúc.

Quá trình đúc khuôn, từng bước

Mỗi chu trình đúc khuôn đều tuân theo cùng một trình tự lõi, bất kể loại máy hoặc hợp kim cụ thể nào được sử dụng. Hiểu được các bước này sẽ giải thích tại sao việc đúc khuôn có thể tạo ra hàng nghìn bộ phận giống hệt nhau mỗi ngày với sự khác biệt tối thiểu giữa chúng.

Các bước sản xuất cốt lõi

1. Làm sạch và bôi trơn hai nửa khuôn thép, sau đó đóng và kẹp chúng lại với nhau
2. Làm tan chảy các thỏi kim loại trong lò và giữ chúng ở nhiệt độ đúc lý tưởng để có tính lưu động
3. Đo kim loại nóng chảy vào buồng bắn cho chu kỳ máy đó
4. Bơm kim loại vào khoang khuôn bằng pít tông thủy lực ở áp suất và tốc độ cao
5. Giữ áp suất trong khi khuôn được làm mát bằng nước và kim loại đông đặc lại, thường chỉ trong chưa đầy một giây
6. Mở khuôn và đẩy vật đúc đã hoàn thành bằng chốt đẩy
7. Cắt bớt đèn flash và đường chạy thừa, sau đó áp dụng bất kỳ lớp hoàn thiện cần thiết nào như anodizing hoặc sơn tĩnh điện

Toàn bộ phần phun đến hóa rắn của chu trình có thể chỉ mất một phần nghìn giây đến vài giây , đó là điều cho phép một máy đúc khuôn duy nhất có thể sản xuất hàng nghìn bộ phận giống hệt nhau trong một ca.

Đúc khuôn buồng nóng và đúc buồng lạnh

Hai họ đúc được phân chia theo nơi kim loại nóng chảy. trong đúc khuôn buồng nóng , lò nung được lắp trực tiếp vào máy và một pít tông đẩy kim loại nóng chảy qua ống “cổ ngỗng” ngập nước vào khuôn. trong đúc khuôn buồng lạnh , kim loại nóng chảy được múc từ một lò riêng biệt vào buồng bắn không được làm nóng trước khi một piston thủy lực đẩy nó vào khuôn ở áp suất cao.

Điểm khác biệt chính trong nháy mắt

Điểm nóng chảy cao của nhôm sẽ làm hỏng cổ ngỗng ngập nước của buồng nóng theo thời gian, đó là lý do tại sao gần như tất cả các bộ phận đúc bằng nhôm của ô tô, bao gồm khối động cơ và vỏ hộp số, đều được sản xuất bằng phương pháp đúc khuôn buồng lạnh thay vì phương pháp buồng nóng dành riêng cho kẽm và các hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp khác.

Đúc khuôn áp suất cao và áp suất thấp cho phụ tùng ô tô

Ngoài việc phân chia buồng nóng/lạnh, đúc khuôn còn được phân loại theo áp suất ép kim loại vào khuôn và lựa chọn này ảnh hưởng đáng kể đến bộ phận đúc tự động nào mà quy trình phù hợp.

Đúc khuôn áp suất cao (HPDC)

HPDC phun kim loại nóng chảy vào 10.000 đến 20.000 psi (khoảng 30 đến 70 MPa) , mang lại thời gian chu kỳ nhanh nhất và tốc độ sản xuất cao nhất so với bất kỳ phương pháp đúc khuôn nào. Đây là lựa chọn mặc định cho các bộ phận đúc ô tô số lượng lớn như giá đỡ động cơ, vỏ cảm biến và vỏ động cơ, trong đó tốc độ và chi phí mỗi bộ phận là quan trọng nhất.

Đúc khuôn áp suất thấp (LPDC)

LPDC sử dụng áp lực nhẹ nhàng hơn nhiều, thường là 2 đến 15 psi (15 đến 100 kPa) , đẩy kim loại nóng chảy lên trên khuôn thông qua một ống nâng có độ nhiễu loạn thấp. Quá trình điền đầy chậm hơn, yên tĩnh hơn này tạo ra vật đúc có ít khuyết tật bên trong hơn, đó là lý do tại sao LPDC là quy trình tiêu chuẩn cho bánh xe nhôm và các thành phần kết cấu khác trong đó tính toàn vẹn cơ học dưới tải quan trọng hơn tốc độ đầu ra thô.

Theo nguyên tắc chung, nếu áp suất quá thấp so với độ dày thành của bộ phận, kim loại có thể không lấp đầy hoàn toàn khuôn trước khi nguội, để lại các phần không hoàn chỉnh hoặc vật đúc yếu hơn. Để áp suất phù hợp với hình dạng của bộ phận là một trong những quyết định quan trọng nhất về quy trình mà người đúc khuôn đưa ra.

Các bộ phận đúc tự động phổ biến và các hợp kim đằng sau chúng

Nhôm chiếm ưu thế trong lĩnh vực đúc khuôn ô tô vì nó mang lại tỷ lệ độ bền trên trọng lượng, khả năng chống ăn mòn và tính dẫn nhiệt mà các phương tiện hiện đại cần có. Riêng ở Nhật Bản, 76% vật đúc nhôm và 77% linh kiện đúc khuôn được sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô , nhấn mạnh tầm quan trọng của quá trình này đối với việc chế tạo ô tô thực sự như thế nào.

Phụ tùng ô tô đúc thường xuyên và hợp kim của chúng

Một khuôn đúc Vỏ hộp số bằng nhôm giảm được khoảng 40% trọng lượng so với hộp số bằng gang truyền thống , trong khi vẫn giữ được tính nguyên vẹn của cấu trúc dưới tải trọng mô-men xoắn vượt quá 200 Nm. Việc giảm trọng lượng đó không chỉ là một chi tiết sản xuất: việc cắt giảm 10% trọng lượng của một chiếc ô tô nặng 1,3 tấn giúp giảm mức tiêu thụ nhiên liệu khoảng 8%, đó là lý do tại sao các nhà sản xuất ô tô tiếp tục đẩy mạnh nhiều linh kiện từ thép sang nhôm đúc.

Chất lượng được xác minh như thế nào trong các bộ phận đúc tự động

Bởi vì các bộ phận đúc tự động thường mang tải trọng kết cấu hoặc bịt kín chất lỏng dưới áp suất nên việc kiểm soát chất lượng là không bắt buộc. Các nhà sản xuất xác nhận độ chính xác về kích thước và độ chắc chắn bên trong trước khi các bộ phận được đưa vào dây chuyền lắp ráp.

Điểm chuẩn chất lượng điển hình

• Độ ổn định kích thước được giữ ở mức xấp xỉ ±0,05 mm trên vỏ ô tô chính xác
• Các mục tiêu hoàn thiện bề mặt xung quanh Ra 1,6 µm cho các bộ phận yêu cầu bề mặt tiếp xúc nhẵn
• Mức độ xốp được xác nhận dưới đây 0,1% thông qua kiểm tra CMM và tia X
• Độ kín khít được xác nhận bằng máy phát hiện rò rỉ, với ngưỡng thông thường trong ngành khoảng 12 mL/phút đối với buồng áp suất thấp và 8 mL/phút đối với buồng áp suất cao

Những bước kiểm tra này rất quan trọng vì vật đúc có thể vượt qua bài kiểm tra độ bền tĩnh nhưng vẫn thất bại sau khi lắp đặt. Rung động từ hộp số và chu trình nhiệt khi lái xe trong thực tế có thể tiết lộ các đường rỗ hoặc đường rò rỉ mà chỉ thử nghiệm trên băng ghế dự bị sẽ bỏ sót, đó là lý do tại sao các bộ phận bịt kín như vỏ hộp số thường được kiểm tra vượt xa thông số kỹ thuật thiết kế danh nghĩa trước khi được phê duyệt.

Tại sao các nhà sản xuất ô tô lại dựa vào phương pháp đúc khuôn thay vì các phương pháp khác

So với đúc cát hoặc gia công CNC từ phôi thép, đúc khuôn mang đến sự kết hợp các ưu điểm khó có được đối với các bộ phận cần khối lượng lớn.

Lợi thế cho sản xuất ô tô

• Các bộ phận gần dạng lưới cần gia công thứ cấp tối thiểu, cắt giảm lao động và lãng phí vật liệu
• Hình học phức tạp trong một mảnh , thay thế các cụm nhiều bộ phận bằng một khuôn đúc duy nhất
• Độ lặp lại cao , với một khuôn duy nhất có khả năng chạy hàng trăm nghìn chu kỳ
• Khả năng tái chế mạnh mẽ , vì hơn 90% nhôm đúc có thể được tái sử dụng và có tới 95% phụ tùng ô tô bằng nhôm đúc đã đến từ vật liệu tái chế
• Khả năng tường mỏng , với một số quy trình đạt được độ dày thành thấp tới 2 mm trong khi vẫn giữ được độ bền kéo lên tới 250 MPa tùy thuộc vào hợp kim

Ước tính việc sử dụng rộng rãi khuôn đúc nhôm trong xe cộ sẽ giúp tiết kiệm khoảng 50 triệu tấn khí thải CO2 mỗi năm thông qua việc tiết kiệm nhiên liệu nhờ các phương tiện nhẹ hơn. Quy mô tác động đó là kết quả trực tiếp của một quá trình sản xuất mà hầu hết người lái xe không bao giờ nghĩ tới, lặng lẽ định hình các bộ phận bên dưới mui xe mỗi khi một mẫu xe mới được đưa vào sản xuất.