Hiểu về đúc áp lực và ép phun, ưu nhược điểm của chúng
Trong các ngành công nghiệp khác nhau, đúc áp lực và ép phun là hai trong số những quy trình sản xuất được sử dụng nhiều nhất. Rất nhiều những thiết bị, sản phẩm được chúng ta sử dụng hàng ngày được sản xuất thông qua một trong hai quy trình công nghệ trên, chẳng hạn như đồ chơi của con bạn, bồn rửa trong nhà bếp, hộp số động cơ.
Hai quy trình đúc áp lực và ép phun giống và khác nhau ở những điểm nào. Chúng đáp ứng cho những ứng dụng nào. Ưu điểm và nhược điểm của mỗi công nghệ trên ra sao. Trong bài viết này, hãy cùng Tinh Hà tìm hiểu chi tiết về cả hai quy trình này.
Đúc áp lực
Đúc áp lực là quá trình sản xuất liên quan đến việc đúc kim loại dưới tốc độ và áp suất cao. Quá trình này bao gồm việc dùng nhiệt độ cao để chuyển kim loại rắn thành dạng nóng chảy của chúng. Sau đó, kim loại hóa lỏng được định hình lại trong điều kiện áp suất cao. Quá trình này đã được áp dụng từ rất lâu, bắt đầu từ giữa thế kỷ 19 cho tới nay.
Vì kim loại ở dạng nóng chảy trong quá trình này, đúc khuôn thích hợp để sản xuất các bộ phận phức tạp về mặt hình học. Thiết bị cần thiết cho phương pháp này bao gồm một máy đúc khuôn với một lò nung lắp sẵn hoặc riêng biệt, nơi nguyên liệu kim loại thô được nung nóng thành chất lỏng. Kim loại thường là nhôm, kẽm hoặc đồng – về cơ bản là kim loại màu.
Xem thêm: Đúc kẽm trong ngành công nghiệp ô tô và những lợi thế
Các bước trong quy trình đúc áp lực
Trong đúc áp lực thì áp suất cao liên quan mật thiết trong quá trình này, về cơ bản có bốn bước liên quan như dưới đây.
Bước 1: Chuẩn bị khuôn
Đầu tiên, lòng khuôn phải đảm bảo sạch, chất bôi trơn sẽ được xịt vào để hỗ trợ điều chỉnh nhiệt độ bên trong khuôn và dễ dàng tháo khuôn. Sau khi bôi trơn, khuôn sẵn sàng để sử dụng. Đóng khuôn.
Bước 2: Làm đầy
Sau khi đóng khuôn, kim loại nóng chảy được điền đầy vào khuôn dưới tốc độ và áp suất cao. Điều kiện áp suất cao được duy trì khi kim loại lỏng nhanh chóng nguội đi, định hình trong hình dạng lòng khuôn.
Tùy thuộc vào kim loại được sử dụng, bộ phận điền đầy vật liệu vào khuôn có thể là buồng nóng hoặc buồng lạnh. Với máy đúc buồng nóng, kim loại được giữ trong thân máy, sau đó được hút vào buồng và bơm vào khuôn bằng pistion phun. Các bộ phận của máy tiếp xúc liên tục với kim loại nóng chảy.
Trong quá trình đúc buồng lạnh, kim loại trước tiên được nấu chảy trong một lò trung tâm và chuyển sang lò ủ, sau đó được rót vào xilanh và bơm vào khuôn.
Bước 3: Làm mát
Khuôn được nhúng vào (hoặc xịt với) nước để làm mát nhanh chóng.
Bước 4: Đẩy ra
Khi khuôn nguội, mở khuôn để đẩy sản phẩm ra. Một khuôn có thể chứa nhiều hơn một khoang khuôn. Mỗi khoang sẽ tạo ra một vật đúc riêng lẻ.
Ưu điểm của quy trình đúc áp lực
Có rất nhiều lợi ích mà các nhà sản xuất có được khi sử dụng kỹ thuật đúc áp lực. Các nhà sản xuất cần biết những lợi ích này vì chúng hỗ trợ cho việc ra quyết định trong quá trình sản xuất. Một số ưu điểm bao gồm:
- Đúc áp lực cho phép quá trình sản xuất trơn tru, dễ dàng và nhanh chóng.
- Đây là quy trình hiệu quả cao giúp giảm yêu cầu về những hoạt động sản xuất thứ cấp khác.
- Sản phẩm đúc khuôn có khả năng tái tạo cao. Cho phép sản xuất hàng loạt các bản sao chính xác và mang lại sự độc đáo.
- Các chi tiết phức tạp về mặt hình học rất dễ chế tạo với độ chính xác cao.
- Chất lượng bề mặt của sản phẩm có độ hoàn thiện bề mặt vượt trội, tính đồng nhất cao, giảm chi phí cho việc hoàn thiện bề mặt.
- Các sản phẩm trong đúc áp lực có tính chất cơ học tối ưu, độ bền cao.
Nhược điểm của quá trình đúc áp lực
Một quy trình sản xuất với những ưu điểm cũng sẽ có những hạn chế. Một số nhược điểm của đúc áp lực là:
- Đúc áp lực giới hạn ở những kim loại và hợp kim có nhiệt độ nóng chảy tương đối thấp. Do đó, phương pháp này không lý tưởng cho các hợp kim như thép có nhiệt độ nóng chảy cao.
- Quá trình sản xuất này tương đối tốn kém đối với các công ty sản xuất quy mô nhỏ.
- Không lý tưởng cho các chi tiết kích thước lớn.
- Nếu không thực hiện các biện pháp phòng ngừa thích hợp, không khí có thể bị cuốn vào lòng khuôn, dẫn đến hiện tượng rỗ sản phẩm.
Ép phun
Ép phun khá giống với đúc áp lực, sự khác biệt lớn nhất là vật liệu được sử dụng. Ép phun sử dụng vật liệu là nhựa và các loại polyme khác. Nó có lẽ là quy trình sản xuất phổ biến nhất được áp dụng để chế tạo các sản phẩm từ nhựa hay chất dẻo khác. Các polyme thường được sử dụng là polyethylene, ABS, nylon, polypropylene, TPU,…
» Xem thêm: Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của khuôn ép nhựa
Quá trình ép phun liên quan đến việc nấu chảy nhựa trong máy ép nhựa. Sau đó, nhựa được đưa vào khoang khuôn (thường được làm bằng nhôm) ở trạng thái nóng chảy này. Trong quá trình ép phun, nhựa dẻo nguội và đông đặc, có dạng khuôn được sử dụng để định hình. Do đó, bạn cần có máy ép phun, chất liệu nhựa, khuôn để thực hiện quá trình này.
Ép nhựa hầu như có thể tạo ra bất cứ thứ gì làm từ nhựa và polyme. Nó cũng được sử dụng để chế tạo các bộ phận bằng nhựa có thành mỏng được dùng cho các mục đích khác nhau. Phổ biến nhất là các đồ gia dụng, các bộ phận cách điện của thiết bị điện tử, bảng điều khiển của ô tô,…
Các bước trong quy trình ép phun
Quy trình ép phun có các bước hầu như giống với quy trình đúc áp lực, mặc dù khác với nguyên liệu thô và những khác biệt nhỏ khác mà chúng ta sẽ thảo luận về sau. Dưới đây là các bước trong quy trình ép phun cần tuân thủ khi chế tạo các bộ phận bằng nhựa qua phương pháp này.
Bước 1: Chuẩn bị khuôn
Chuẩn bị khuôn cho quá trình ép phun bằng cách bôi trơn nó. Xịt chất bôi trơn lý tưởng vào khuôn. Chất bôi trơn còn hỗ trợ điều chỉnh nhiệt độ trong khuôn và cho phép dễ dàng đẩy sản phẩm ra sau khi nguội.
Bước 2: Làm đầy
Phun vật liệu nhựa đang hỏa lỏng (nóng chảy) vào khuôn nhôm ở áp suất cao. Duy trì các điều kiện áp suất cao của khuôn khi nhựa nóng chảy nguội để tạo hình theo dạng lòng khuôn.
Bước 3: Làm mát
Xịt vào (hoặc ngâm) khuôn bằng nước để đẩy nhanh quá trình làm nguội.
Bước 4: Đẩy ra
Tiến hành mở khuôn khi vật liệu nhựa đã nguội. Đẩy sản phẩm ra và có thể thực hiện các hoạt động xử lý tiếp theo để hoàn thiện sản phẩm, chẳng hạn như hoàn thiện bề mặt.
Ưu điểm của ép phun
Đây là một trong những quy trình sản xuất được sử dụng nhiều nhất trong việc chế tạo các sản phẩm bằng nhựa. Ép phun mang lại nhiều lợi ích cho sản xuất, dưới đây là một số ưu điểm đáng chú ý của kỹ thuật ép phun.
- Ép phun rất linh hoạt, cho phép áp dụng với nhiều loại nhựa và polyme khác nhau.
- Có hiệu quả cao và tạo ra các sản phẩm có độ hoàn thiện bề mặt tốt.
- Sản xuất nhanh chóng, năng suất cao, đặc biệt nếu bạn có ý định sản xuất số lượng lớn sản phẩm.
- Hiệu quả về chi phí, cần ít nhân công và hầu như không lãng phí tài nguyên.
- Có thể sử dụng các phụ gia giúp tăng độ bền của sản phẩm.
- Nếu được thực hiện một cách chính xác, với tất cả các biện pháp phòng ngừa cần thiết, sản phẩm thu được có chất lượng rất cao.
Nhược điểm của ép phun
Trước khi chế tạo các sản phẩm của mình bằng kỹ thuật này, bạn cần biết những hạn chế của nó, bao gồm:
- Chi phí vận hành có thể rất cao, đặc biệt là chi phí dành cho các máy móc, thiết bị cần thiết.
- Thời gian thiết lập thiết bị có thể kéo dài, bởi sự phức tạp của máy và yêu cầu thiết yếu để loại bỏ tất cả các vật liệu còn sót lại trước đó.
- Các biện pháp cần thiết để đảm bảo duy trì chất lượng sản phẩm có thể phức tạp.
Sự khác biệt giữa đúc áp lực và ép phun
Như đã được đề cập ở trên rằng có những sự khác biệt giữa đúc áp lực và ép phun ngoài vật liệu được sử dụng. Dưới đây là những điểm khác biệt giữa hai công nghệ này.
Điều kiện xử lý
Nếu bạn đọc qua các quy trình của từng phương pháp như đã thảo luận trước đó, bạn sẽ thấy chúng về cơ bản là giống nhau đều với 4 bước chuẩn bị khuôn, làm đầy, làm mát và đẩy ra. Tuy nhiên, nguyên liệu thô được sử dụng và điều kiện vật lý của cả hai kỹ thuật này đều khác nhau.
Trong quá trình ép nhựa, việc điều chỉnh nhiệt độ là rất quan trọng. Nhiệt độ thùng chứa, nhiệt độ vòi phun và khuôn là không giống nhau. Nhiệt độ không đủ hoặc quá cao sẽ dẫn đến sai sót trong sản phẩm. Nhiệt độ thùng chứa thường từ 150° đến 450°C, trong khi nhiệt độ của khuôn thấp hơn và cần được điều chỉnh tốt. Nước chảy xung quanh khuôn là một cách tốt nhất để điều chỉnh nhiệt độ. Nhiệt độ khuôn thường từ 65° đến 180°C. Trong quá trình đúc áp lực, việc điều chỉnh nhiệt độ không phải là điều quan trọng. Nhiệt độ của khuôn trong đúc áp lực có thể cao tới 400°C.
Áp lực là một điều kiện khác. Áp suất trong đúc áp lực khi kim loại nóng chảy lấp đầy lòng khuôn là từ 15 đến 100 MPa. Đối với ép nhựa, áp suất tùy thuộc vào mỗi loại nhựa.
Độ chính xác và dung sai
Hợp kim kim loại được sử dụng trong đúc áp lực xác định dung sai của chi tiết được sản xuất. Mỗi kim loại có một đánh giá dung sai tiêu chuẩn. Tất nhiên, kích thước và chức năng là những yếu tố cho điều này. Tuy nhiên, sản phẩm trong đúc áp lực thường có xu hướng có dung sai cao với độ chính xác cực cao.
Dung sai chặt chẽ hơn dẫn đến các sản phẩm có độ chính xác cao hơn. Tuy nhiên, vẫn phải luôn tuân theo các tiêu chuẩn dung sai công nghiệp khi sản xuất các sản phẩm sử dụng quy trình đúc áp lực. Các sản phẩm đúc áp lực thường có độ chính xác cao hơn các sản phẩm được sản xuất bằng phương pháp ép nhựa. Phương pháp ép phun là không đủ tốt để sản xuất các sản phẩm yêu cầu độ chính xác cao.
Sự khác biệt về vật liệu
Đúc áp lực sử dụng kim loại và hợp kim làm nguyên liệu. Trong khi đó, ép phun có nhiều lựa chọn hơn, ngoài ép phun nhựa và các chất dẻo, polyme khác là nguyên liệu thô thì ép phun còn có thể áp dụng với một số kim loại.
Hoàn thiện bề mặt
Chúng ta thường nói rằng quá trình sản xuất sẽ không hoàn tất cho đến khi hoàn thiện bề mặt. Tuy nhiên, các sản phẩm cuối cùng của quá trình đúc áp lực có xu hướng sở hữu bề mặt hoàn thiện tốt. Việc hoàn thiện thêm bề mặt cho các sản phẩm đúc áp lực thường chỉ đơn thuần là để tăng tính thẩm mỹ. Trong quá trình ép phun, việc hoàn thiện bề mặt cũng không bắt buộc, nhưng, thông thường nó được thực hiện thường xuyên hơn so với đúc áp lực.
Các tùy chọn hoàn thiện bề mặt sản phẩm sau quá trình đúc áp lực bao gồm anot hóa, sơn tĩnh điện, mạ vàng, ngâm tẩm,… Những việc này chủ yếu để tăng tính thẩm mỹ, độ bền, độ dày, tăng tính cơ học và hóa học. Hoàn thiện bề mặt trong quá trình ép phun có thể được chia thành bốn loại lớn là tẩy dầu mỡ, làm xẹp, làm sạch và trang trí.
Xem thêm: 6 phương pháp đánh bóng khuôn & những lưu ý
Ứng dụng của mỗi công nghệ
Đúc áp lực lý tưởng để chế tạo các bộ phận có kích thước vừa và nhỏ với các chi tiết phức tạp. Nó thường được sử dụng để đúc các sản phẩm công nghiệp và thương mại như vòi nước, ô tô, đồ sứ cứng, bồn rửa, bánh răng,… Với điều kiện các bộ phận kim loại không quá lớn, đúc áp lực là lựa chọn lý tưởng của bạn.
Ép phun là kỹ thuật được sử dụng nhiều nhất để sản xuất các sản phẩm từ nhựa. Không giống đúc áp lực, nó thích hợp để sản xuất cả những sản phẩm có kích cỡ lớn. Chúng thường được sử dụng để chế tạo các sản phẩm sinh hoạt, điện, điện tử như đồ chơi trẻ em, lược, ống cuộn, các bộ phận cơ khí, vỏ nhựa và nhiều sản phẩm nhựa khác.
Chi phí sản xuất và dụng cụ
Tổng chi phí đúc áp lực bao gồm nhân công và thiết bị. Vì quá trình này đòi hỏi ít lao động hơn, nên chi phí phần lớn thuộc về thiết bị và các dụng cụ cần thiết để thực hiện quá trình này. Để đúc áp lực có độ chính xác cao, chi phí cho thiết bị, dụng cụ thường tương đối cao. Trong thực tế, chúng được xếp vào hàng cao nhất trong các quy trình sản xuất công nghiệp.
Trong quá trình đúc áp lực, các thành phần thép của khuôn rất dễ bị hao mòn, nhất là các cạnh vuông sắc. Các chi tiết nhỏ cũng có xu hướng mất đi độ sắc nét. Tất cả những điều này làm tăng thêm chi phí dụng cụ. Để giảm chi phí cho thiết bị đúc áp lực, cách tốt nhất là đơn giản hơn thiết kế sản phẩm của bạn.
Ngược lại, ép phun có chi phí tương đối thấp hơn. Các yếu tố ảnh hưởng đến chi phí ép phun bao gồm nguyên liệu thô và độ phức tạp của sản phẩm. Tuy nhiên, điều chỉnh độ phức tạp của thiết kế và chỉ sử dụng các lớp hoàn thiện khi cần thiết là cách để giảm chi phí.
Chi phí để chế tạo một đơn vị sản phẩm bằng phương pháp ép nhựa rẻ hơn rất nhiều so với đúc áp lực. Đáng chú ý, nó là một trong những quy trình sản xuất tiết kiệm chi phí nhất. Điều thú vị là số lượng sản phẩm càng lớn, chi phí sản xuất càng rẻ. Giống như trong nhiều quy trình sản xuất khác, chi phí ban đầu có vẻ cao, tuy nhiên, chi phí cho quá trình ép phun lại khá phải chăng.
Khuôn của đúc áp lực và ép phun
Mặc dù cả hai quy trình hoạt động tương tự nhau, nhưng có sự khác biệt giữa khuôn đúc áp lực và khuôn ép phun, bao gồm:
- Khuôn đúc áp lực tương đối dày để chống biến dạng và nứt bởi thường xuyên chịu tác động của áp lực cao.
- Khuôn đúc áp lực cần phân tán áp suất cao của dòng vật liệu, bởi vậy cửa của nó khác với cửa của khuôn ép phun.
- Khoang của khuôn đúc áp lực sẽ đạt đến nhiệt độ rất cao (tới 400 độ C) trong quá trình đúc, nó không cần phải làm nguội. Nhưng khuôn ép thì cần làm nguội nhanh.
- Dụng cụ đúc áp lực thường bị ăn mòn cao, vì vậy bề mặt của nó phải được xử lý kỹ.
- Để thoát khi ra khỏi khuôn đúc áp lực, cần khe thoát khí và túi thu xỉ. Trong khi khuôn ép phun chỉ cần chốt đẩy và bề mặt phân chia.
Trên đây là một số thông tin về hai công nghệ đúc áp lực và ép phun. Hy vọng với bài viết này, các bạn sẽ hiểu hơn về hai phương pháp, hiểu được những sự khác biệt giữa chúng và dễ dàng lựa chọn được cho mình phương pháp phù hợp trong chế tạo sản phẩm. Các bạn có thể đọc thêm nhiều bài viết khác của chúng tôi tại website tinhha.com.vn này.
Xem thêm: Đo lường biên dạng khuôn mẫu bằng phương pháp quét 3D
