Công nghệ chế tác

Chế tác (tiếng Anh: Crafting) là phương pháp sản xuất sản phẩm bằng cách sử dụng vật liệu trong dạng chảy để tạo ra sản phẩm theo mẫu khuôn. Phần lớn công nghệ chế tác thực hiện với vật liệu kim loại.

Công nghệ chế tác được phân loại thành hai loại chính: Chế tác thông thường và Chế tác đặc biệt

Chế tác thông thường (sử dụng khuôn cát)

Là công nghệ có từ lâu đời, chế tác thông thường được thực hiện với các khuôn cát. Nếu không sấy khuôn, gọi là khuôn cát tươi. Hỗn hợp tạo khuôn và lõi khuôn thường là cát silic, có thể bao gồm nước thủy tinh làm phụ gia. Lõi khuôn được tạo hình từ mẫu chế tác và lõi (nếu có). Chế tác trong khuôn cát có chi phí thấp, dễ thực hiện nhưng hiệu suất sản xuất thấp. Chế tác trong khuôn cát thường được sử dụng để sản xuất các sản phẩm từ hợp kim sắt và hợp kim màu.

Chế tác đặc biệt

Là một phương pháp khác so với chế tác thông thường, chế tác đặc biệt có sự khác biệt về nguyên liệu và công nghệ làm khuôn, cách điền đầy và tạo hình vật chế tác.

Chế tác đặc biệt thường sử dụng khuôn kim loại. Thường có các loại: Chế tác trong khuôn kim loại, Chế tác áp lực, Chế tác ly tâm, Chế tác liên tục và một số phương pháp chế tác đặc biệt khác.

Chế tác trong khuôn kim loại

Ưu điểm: Chế tác trong khuôn kim loại là thuật ngữ chỉ một phương pháp sản xuất vật chế tác bằng cách rót kim loại lỏng vào khuôn kim loại. Vật chế tác đông đặc dưới tác dụng của trọng lượng mà không chịu bất kỳ tác động nào khác. Đây là phương pháp rất phổ biến hiện nay do nó có các đặc điểm sau đây:

• Khuôn được sử dụng nhiều lần;
• Độ sạch và độ chính xác được cải thiện đáng kể, giúp giảm khối lượng gia công cơ khí;
• Nâng cao độ bền cơ học của vật đúc, đặc biệt là ở lớp bề mặt giao diện với khuôn kim loại.
• Tăng sản lượng hàng năm bằng cách giảm kích thước đậu ngót và phế phẩm đúc.
• Nâng cao năng suất lao động.
• Tiết kiệm diện tích nhà xưởng vì không cần chế tạo khuôn hỗn hợp và quá trình làm khuôn.
• Giảm chi phí sản xuất.
• Dễ cơ khí hóa và tự động hóa, điều kiện vệ sinh lao động tốt.

Nhược điểm: Chế tạo khuôn kim loại phức tạp và tốn kém; khuôn kim loại có tuổi thọ hạn chế khi đúc thép, khó đúc những vật mỏng và hình dạng phức tạp; vật đúc có ứng suất lớn do khuôn kim loại cản sự co lại mạnh mẽ; vật đúc gang dễ bị biến trắng; quy trình đúc phải chặt chẽ.

Mặc dù có những nhược điểm trên, công nghệ đúc trong khuôn kim loại vẫn được sử dụng rộng rãi để đúc gang, hợp kim và kim loại màu trong sản xuất hàng loạt và lớn, bởi vì có những chi tiết không thể chế tạo được nếu không dùng khuôn kim loại, ví dụ như các tấm thân máy bay lớn, và các chi tiết nhỏ nhưng đòi hỏi độ bền cao trong động cơ.

Đúc phôi thép

• Thiết bị đúc khuôn

Thiết bị đúc khuôn thường được phân thành đúc trên và đúc dưới, đúc thép lắng và thép sôi.

• • Đúc trên: Rót từ đầu thỏi.
  • Đúc dưới:
    • Ưu điểm: Rót vào ống từ các cống rót dâng lên từng thỏi từ phía dưới. Với đúc dưới, một lần rót có thể rót được nhiều thỏi, năng suất và chất lượng bề mặt thỏi tốt hơn nhiều do mặt nước thép dâng lên bình ổn không bắn toé như rót từ trên, khí, tạp chất và xỉ đều có điều kiện nổi lên tốt hơn, che chắn chống tái oxi hóa cũng thuận tiện.
    • Nhược điểm: Thiết bị trên đĩa đúc, ống rót trung tâm phức tạp hơn, tốn thêm vật liệu chịu lửa và lượng thép ở ống rót và cống rót, giảm suất thu hồi kim loại.
• Thùng rót

Tác dụng của thùng rót hay còn gọi là thùng chứa ngoài việc chứa đựng nước thép đến nơi đúc ra, còn làm nhiệm vụ cuối cùng là khử oxi, khử S, đồng đều nhiệt độ và thành phần nước thép, lắng nước thép một thời gian để khử khí, tạp chất và xỉ nổi lên tách ra khỏi nước thép, làm sạch và cải thiện đáng kể lượng thép. Thùng rót cũng sử dụng thời gian nước thép lắng trong thùng dài hay ngắn, kích thước lỗ rót để điều chỉnh nhiệt độ và tốc độ rót đúc hợp lý. Trong những năm gần đây, khi phương pháp tinh luyện ngoài lò đang phát triển mạnh mẽ, thùng rót cũng trở thành một thiết bị (lò luyện) quan trọng trong việc tinh luyện.

• Khuôn đúc

Khuôn đúc là thiết bị tạo hình cho nước thép đông đặc khi rót nước thép vào để tạo thành thỏi thép. Trong quá trình sản xuất, khuôn đúc là một yếu tố hao tổn có thể thay đổi, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng thép và là một chỉ tiêu quan trọng trong tính toán kinh tế. Vì vậy, thiết kế khuôn đúc cần phải chính xác, việc sử dụng và bảo dưỡng phải đúng chuẩn để đảm bảo hiệu quả sản xuất và tiết kiệm chi phí.

• Vật liệu làm khuôn:

Vật liệu thường được sử dụng để làm khuôn là gang, vì có khả năng dẫn nhiệt tốt, độ bền cao và giá thành rẻ. Tuy nhiên, do điều kiện làm việc của khuôn đúc thép rất khắc nghiệt, có tính chu kỳ như gia nhiệt và làm nguội, dẫn đến hiện tượng giãn nở và co ngót, dễ dẫn đến hỏng hóc như nứt vỡ hoặc bong tróc.

Tuổi thọ của khuôn đúc chủ yếu phụ thuộc vào thành phần hóa học của hợp kim đúc.

Để cải thiện tính đúc, cần duy trì một lượng bon tương đối cao, thường khoảng từ 3,2 đến 4,0%, và lượng Silic (Si) phù hợp, thường khoảng từ 1,2 đến 2,2%. Sự tróc khuôn tăng theo tỷ lệ tăng của Silic, nhưng ngược lại làm giảm nguy cơ nứt khuôn.

Tài liệu tham khảo

• Các phương pháp đúc đặc biệt, Nguyễn Hữu Dũng, NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội, Hà Nội, 2006.
• Công nghệ đúc, Phạm Quang Lộc và cộng sự, Đại học Bách khoa Hà Nội, 1989