Công nghệ đúc rót kim loại lỏng vào khuôn có sẵn hình dạng chi tiết cần chế tạo, để nguội đông đặc rồi tách khuôn lấy vật đúc. Bốn phương pháp phổ biến — đúc cát, đúc áp lực, đúc ly tâm, đúc chính xác (mẫu chảy) — khác nhau ở vật liệu khuôn và cách kim loại lỏng điền đầy khuôn, dẫn tới khác biệt về độ chính xác, độ bóng bề mặt và chi phí. Dung sai kích thước vật đúc theo cấp CT (ISO 8062:1994), số càng nhỏ càng chính xác.
Nội dung thuộc chuyên trang Khuôn mẫu & đúc của cokhi.net, cụm Công nghệ đúc — ở góc nguyên lý chung, không tư vấn chọn phương pháp đúc hay xưởng đúc cho chi tiết/dự án cụ thể; khi cần đúc chi tiết thật, liên hệ xưởng đúc chuyên trách để đánh giá khả thi theo hình dạng, vật liệu và số lượng thực tế.
Bốn phương pháp đúc phổ biến
Đúc cát (sand casting)
Khuôn làm từ cát pha chất kết dính, tạo hình quanh mẫu (mô hình chi tiết) rồi rút mẫu ra, để lại khoang rỗng đúng hình chi tiết. Khuôn cát dùng một lần (phá khuôn để lấy vật đúc) — đây là phương pháp lâu đời nhất, chi phí khuôn thấp, phù hợp chi tiết lớn hoặc sản lượng thấp/trung bình, nhưng độ chính xác và độ bóng bề mặt thấp hơn các phương pháp khuôn kim loại.
Đúc áp lực (die casting / đúc áp lực cao)
Kim loại lỏng được ép vào lòng khuôn kim loại dưới áp lực cao bằng piston, làm nguội nhanh ngay trong khuôn nhờ hệ thống nước làm mát. Khuôn kim loại dùng nhiều lần — phù hợp sản lượng lớn, độ chính xác và độ bóng bề mặt cao hơn đúc cát, nhưng chi phí làm khuôn ban đầu cao và giới hạn ở kim loại có nhiệt độ nóng chảy không quá cao (nhôm, kẽm, magiê là phổ biến nhất).
Đúc ly tâm (centrifugal casting)
Rót kim loại lỏng vào khuôn đang quay — lực ly tâm phân bố kim loại đều lên thành khuôn, đẩy tạp chất/khí nhẹ hơn vào tâm (dễ loại bỏ sau). Kết quả là vật đúc có bề mặt ngoài mịn, ít rỗ khí, giảm hao hụt kim loại — phù hợp chi tiết dạng ống/tròn xoay (ống gang, bạc, vành).
Đúc chính xác (investment casting / đúc mẫu chảy)
Mẫu làm bằng sáp, bọc lớp vỏ gốm chịu nhiệt, sau đó nung chảy sáp chảy ra khỏi vỏ (mẫu chảy — lost wax) để lại khoang rỗng chính xác hình chi tiết, rồi rót kim loại vào vỏ gốm đó. Cho độ chính xác kích thước và độ bóng bề mặt cao nhất trong các phương pháp phổ biến, làm được hình dạng phức tạp khó gia công cơ khí — nhưng chi phí và thời gian làm khuôn/mẫu cao hơn đúc cát.
Phân loại theo ba tiêu chí
Công nghệ đúc có thể phân loại theo ba góc nhìn khác nhau, không loại trừ nhau:
- Theo vật liệu khuôn: khuôn cát (dùng một lần) hay khuôn kim loại (dùng nhiều lần).
- Theo cách làm khuôn: khuôn cát tươi, khuôn cát khô, khuôn mẫu chảy, khuôn mẫu cháy, khuôn vỏ mỏng...
- Theo cách rót kim loại: rót tự nhiên (trọng lực), đúc áp lực (ép), đúc ly tâm (quay).
Vì vậy một phương pháp đúc cụ thể thường được mô tả bằng cách kết hợp cả ba tiêu chí (ví dụ "đúc trọng lực trong khuôn cát tươi").
Dung sai kích thước vật đúc: cấp CT theo ISO 8062:1994
ISO 8062:1994 (bộ tiêu chuẩn về dung sai kích thước và lượng dư gia công cho vật đúc) chia dung sai thành các cấp CT (Dimensional Casting Tolerance) từ CT1 đến CT16 — số càng nhỏ, dung sai càng chặt (càng chính xác). Mỗi phương pháp đúc có khoảng cấp CT đạt được thông thường khác nhau:
| Phương pháp đúc | Cấp dung sai CT đạt được | Ghi chú |
|---|---|---|
| Đúc cát thủ công (khuôn tay) | CT12 – CT14 | Dùng cho vật đúc lớn, dung sai rộng |
| Đúc cát tiêu chuẩn (khuôn máy) | CT10 – CT12 | Phổ biến cho phần lớn ứng dụng cơ khí |
| Đúc khuôn vỏ/tự động (shell molding) | CT8 – CT10 | Chính xác hơn đúc cát thủ công |
| Đúc khuôn kim loại/áp lực thấp | CT7 – CT9 | Khuôn dùng nhiều lần, độ chính xác khá |
| Đúc chính xác (investment casting) | CT5 – CT7 | Chính xác nhất trong các phương pháp phổ biến |
Nguồn: FacFox (tổng hợp theo BS 6615:1996 — bản Anh tương đương ISO 8062:1994). Giá trị dung sai cụ thể (mm) theo từng cấp CT còn phụ thuộc dải kích thước danh nghĩa của chi tiết — cần tra trực tiếp bảng đầy đủ ISO 8062:1994 cho dải kích thước cụ thể, bài này chỉ nêu khoảng cấp CT theo phương pháp, không suy ra trị số mm vì chưa đối chiếu đủ 2 nguồn độc lập cho bảng trị số đầy đủ.
Vì sao chọn sai phương pháp đúc gây lãng phí
- Đúc cát cho chi tiết cần độ chính xác cao/số lượng lớn: tốn thêm công đoạn gia công cơ khí bù đắp dung sai rộng, không tối ưu chi phí ở sản lượng lớn.
- Đúc áp lực/đúc chính xác cho chi tiết đơn chiếc/mẫu thử: chi phí làm khuôn kim loại hoặc mẫu sáp quá cao so với lợi ích, trong khi đúc cát đủ đáp ứng để thử nghiệm.
- Nguyên tắc chọn: cân nhắc đồng thời hình dạng chi tiết (đơn giản/phức tạp), vật liệu (nhiệt độ nóng chảy), sản lượng (đơn chiếc/hàng loạt) và yêu cầu dung sai — không chỉ nhìn giá khuôn ban đầu.
Thuật ngữ
- Mẫu (pattern): mô hình hình dạng chi tiết dùng để tạo khoang khuôn (đúc cát) — không phải vật đúc.
- Đậu ngót (riser): khoang chứa kim loại lỏng dự trữ, bù co ngót khi kim loại đông đặc, tránh rỗ co trong vật đúc.
- Đậu hơi (vent): rãnh thoát khí trong khuôn khi rót kim loại, tránh rỗ khí.
- Cấp CT (Dimensional Casting Tolerance): cấp dung sai kích thước vật đúc theo ISO 8062:1994, từ CT1 (chặt nhất) đến CT16 (rộng nhất).
- Lost wax (mẫu chảy): kỹ thuật làm mẫu sáp, nung chảy lấy ra khỏi vỏ gốm trước khi rót kim loại — nguyên lý cốt lõi của đúc chính xác.
Tài liệu tham khảo
- Wikipedia tiếng Việt, Công nghệ đúc (phân loại theo khuôn/cách làm khuôn/cách rót): https://vi.wikipedia.org/wiki/C%C3%B4ng_ngh%E1%BB%87_%C4%91%C3%BAc
- CAD/CAM CAE Bách Khoa, Cơ khí đại cương – Công nghệ đúc (nguyên lý đúc cát, đúc ly tâm, đúc áp lực): https://cadcamcae.edu.vn/co-khi-dai-cuong-duc/
- ISO, ISO 8062-3:2023 — Geometrical product specifications (GPS): Dimensional and geometrical tolerances for moulded parts, Part 3 (hệ cấp dung sai CT1-CT16): https://www.iso.org/standard/77952.html
- FacFox, Rough Casting Tolerance Standard — ISO 8062:1994 (bảng cấp CT theo phương pháp đúc, dẫn theo BS 6615:1996): https://facfox.com/docs/kb/rough-casting-tolerance-standard-iso-mm