Nguyên lý
Khuôn cát được tạo hình bằng cách nén hỗn hợp cát xung quanh mẫu—thường làm bằng gỗ, nhựa hoặc kim loại—rồi rút mẫu ra để lại lòng khuôn âm bản. Hỗn hợp khuôn gồm cát nền, chất kết dính và phụ gia điều chỉnh tính chất cơ lý; tỷ lệ phối liệu ảnh hưởng trực tiếp đến độ thấm khí, độ bền ẩm và khả năng phá khuôn sau khi đúc. Kim loại lỏng rót vào qua hệ thống rãnh rót, lấp đầy lòng khuôn rồi đông đặc dưới điều kiện làm nguội tự nhiên. Sau khi đông đặc, khuôn bị phá bỏ hoàn toàn để lấy vật đúc—đây là điểm cốt lõi phân biệt đúc cát với các phương pháp khuôn vĩnh cửu.
Phân loại
Đúc cát chia thành hai nhánh chính theo trạng thái hỗn hợp làm khuôn:
- Đúc cát ướt (green sand casting): Cát giữ độ ẩm tự nhiên nhờ đất sét làm chất kết dính. Quy trình nhanh, chi phí vật liệu thấp, phù hợp sản xuất hàng loạt nhỏ đến trung bình. Nhược điểm là dễ sinh khuyết tật lỗ khí nếu độ ẩm không kiểm soát tốt.
- Đúc cát khô (dry sand casting): Khuôn được sấy trước khi rót, bề mặt vật đúc mịn hơn và chịu áp lực thủy tĩnh tốt hơn, thích hợp với vật đúc lớn hoặc thành dày.
- Đúc cát có chất kết dính hóa học (no-bake / cold-box): Dùng nhựa hoặc khí xúc tác để đóng rắn khuôn ở nhiệt độ thường, cho độ chính xác kích thước cao hơn cát ướt và giảm thời gian làm khuôn.
Ứng dụng và lưu ý khi lựa chọn
Đúc cát phù hợp rộng rãi với nhiều vật liệu: gang xám, gang cầu, thép đúc, hợp kim nhôm và đồng đều có thể áp dụng. Gang xám đặc biệt tương thích vì co ngót thấp và chảy loãng tốt, giảm nguy cơ thiếu điền đầy.
Khi lựa chọn phương pháp, cần xem xét:
- Độ phức tạp hình học: Lõi cát cho phép tạo hốc rỗng bên trong, nhưng số lượng lõi tăng thì chi phí và thời gian lắp ráp tăng theo.
- Yêu cầu bề mặt: Đúc cát cho độ nhám bề mặt cao hơn đúc khuôn kim loại; nếu chi tiết cần bề mặt lắp ghép chính xác, cần dự trù lượng gia công cơ khí sau đúc.
- Sản lượng: Chi phí đầu tư mẫu và hộp lõi khấu hao nhanh ở sản lượng lớn; với đơn hàng rất nhỏ, mẫu gỗ thủ công vẫn kinh tế hơn mẫu kim loại chính xác.
- Kiểm soát co ngót: Hệ thống đậu ngót phải thiết kế đủ thể tích để bù co, đặc biệt với thép đúc có tỷ lệ co lớn hơn gang.