Hãy tưởng tượng việc ấn đất sét mềm qua một khuôn có hình dạng - vật liệu sẽ xuất hiện với hình dạng hoàn hảo theo mặt cắt ngang của khuôn. Khái niệm đơn giản này là nền tảng của một trong những quy trình gia công kim loại chính xác và hiệu quả nhất: công nghệ đùn. Nhưng chính xác thì phương pháp công nghiệp này hoạt động như thế nào và điều gì khiến nó trở nên giá trị trong các lĩnh vực sản xuất?
Đùn, được gọi là "oshidashi kako" trong thuật ngữ sản xuất của Nhật Bản, là một phương pháp gia công biến dạng, ép các vật liệu dễ uốn qua một khuôn có hình dạng dưới áp suất cao. Là một kỹ thuật tạo hình bằng nhựa cơ bản cùng với các quy trình kéo, nó đóng vai trò là xương sống để sản xuất các bộ phận kết cấu - từ khung cửa sổ nhôm đến tản nhiệt phức tạp, ống, kim y tế và thậm chí cả vật liệu tổ ong.
Nguyên tắc cốt lõi liên quan đến việc nạp một phôi kim loại (thường là thỏi đúc liên tục) vào một thùng chứa có độ bền cao, sau đó áp dụng áp suất lớn thông qua một chày để đẩy vật liệu qua lỗ khuôn. Hầu hết quá trình đùn công nghiệp diễn ra ở nhiệt độ cao (đùn nóng) để giảm sức cản biến dạng, mặc dù đùn nguội được sử dụng khi độ chính xác về kích thước là rất quan trọng.
Phương pháp sản xuất này chiếm ưu thế trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau do một số lợi ích hấp dẫn:
Mặc dù có những ưu điểm, việc đùn vẫn có những hạn chế nhất định:
Đùn trực tiếp (Tiến): Phương pháp thông thường, trong đó chày đẩy vật liệu phôi qua một khuôn cố định. Mặc dù đơn giản về mặt vận hành, ma sát với thành thùng chứa làm tăng áp suất cần thiết và tạo ra một "vùng kim loại chết" của vật liệu ứ đọng gần khuôn.
Đùn gián tiếp (Lùi): Khuôn di chuyển cùng với chày trong khi phôi chảy ngược lại chuyển động của chày. Giảm ma sát làm giảm yêu cầu năng lượng và cải thiện độ ổn định của quy trình, mặc dù độ phức tạp của thiết bị hạn chế các ứng dụng chủ yếu cho các hợp kim nhôm.
Đùn thủy tĩnh: Bao bọc phôi trong chất lỏng có áp suất, hầu như loại bỏ ma sát thành. Cho phép tạo hình nguội các cấu hình dài và vật liệu composite, mặc dù yêu cầu thiết bị tinh vi.
Đùn rỗng: Sản xuất ống và kênh bằng cách sử dụng trục gá để tạo hình bên trong. Chất bôi trơn bằng thủy tinh ngăn chặn quá trình thiêu kết vật liệu trong quá trình chạy kéo dài.
Đùn Conform: Quy trình liên tục sử dụng bánh xe quay và đế cố định để cấp vật liệu, lý tưởng để sản xuất dây và thanh. Yêu cầu quản lý cẩn thận vùng kim loại chết.
Đùn nóng: Được thực hiện trên nhiệt độ kết tinh lại (1000°C+ đối với thép) bằng cách sử dụng bôi trơn bằng thủy tinh (quy trình Ugine-Séjournet) để giảm ma sát và ngăn ngừa nứt.
Đùn nguội: Gia công ở nhiệt độ phòng tạo ra độ chính xác về kích thước và độ hoàn thiện bề mặt vượt trội trong khi tăng độ bền thông qua quá trình gia công nguội. Phổ biến cho các bộ phận ô tô.
Đùn ấm: Nhiệt độ trung gian (600-1000°C) cân bằng việc ngăn ngừa quá trình oxy hóa với yêu cầu lực giảm.
Rách: Các khuyết tật bề mặt do nhiễm bẩn khuôn, gradient nhiệt hoặc tốc độ đùn không ổn định.
Nứt Chevron: Các vết nứt bên trong do các khuyết tật của phôi hoặc thiết kế khuôn kém, thường không thể phát hiện bằng mắt thường.
Máy ép đùn công nghiệp kết hợp các hệ thống thủy lực với cơ sở hạ tầng hỗ trợ như giường làm mát và bộ cân bằng. Cấu hình thủy lực ngang chiếm ưu thế trong quá trình đùn nóng, trong khi các bố trí dọc phù hợp với các ứng dụng chuyên biệt. Máy ép được phân loại theo:
Khi nhu cầu sản xuất phát triển, công nghệ đùn tiếp tục phát triển thông qua các thiết kế dụng cụ, kiểm soát quy trình và đổi mới vật liệu được cải thiện - củng cố vị thế của nó như một phương pháp tạo hình công nghiệp không thể thiếu.
Hãy tưởng tượng việc ấn đất sét mềm qua một khuôn có hình dạng - vật liệu sẽ xuất hiện với hình dạng hoàn hảo theo mặt cắt ngang của khuôn. Khái niệm đơn giản này là nền tảng của một trong những quy trình gia công kim loại chính xác và hiệu quả nhất: công nghệ đùn. Nhưng chính xác thì phương pháp công nghiệp này hoạt động như thế nào và điều gì khiến nó trở nên giá trị trong các lĩnh vực sản xuất?
Đùn, được gọi là "oshidashi kako" trong thuật ngữ sản xuất của Nhật Bản, là một phương pháp gia công biến dạng, ép các vật liệu dễ uốn qua một khuôn có hình dạng dưới áp suất cao. Là một kỹ thuật tạo hình bằng nhựa cơ bản cùng với các quy trình kéo, nó đóng vai trò là xương sống để sản xuất các bộ phận kết cấu - từ khung cửa sổ nhôm đến tản nhiệt phức tạp, ống, kim y tế và thậm chí cả vật liệu tổ ong.
Nguyên tắc cốt lõi liên quan đến việc nạp một phôi kim loại (thường là thỏi đúc liên tục) vào một thùng chứa có độ bền cao, sau đó áp dụng áp suất lớn thông qua một chày để đẩy vật liệu qua lỗ khuôn. Hầu hết quá trình đùn công nghiệp diễn ra ở nhiệt độ cao (đùn nóng) để giảm sức cản biến dạng, mặc dù đùn nguội được sử dụng khi độ chính xác về kích thước là rất quan trọng.
Phương pháp sản xuất này chiếm ưu thế trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau do một số lợi ích hấp dẫn:
Mặc dù có những ưu điểm, việc đùn vẫn có những hạn chế nhất định:
Đùn trực tiếp (Tiến): Phương pháp thông thường, trong đó chày đẩy vật liệu phôi qua một khuôn cố định. Mặc dù đơn giản về mặt vận hành, ma sát với thành thùng chứa làm tăng áp suất cần thiết và tạo ra một "vùng kim loại chết" của vật liệu ứ đọng gần khuôn.
Đùn gián tiếp (Lùi): Khuôn di chuyển cùng với chày trong khi phôi chảy ngược lại chuyển động của chày. Giảm ma sát làm giảm yêu cầu năng lượng và cải thiện độ ổn định của quy trình, mặc dù độ phức tạp của thiết bị hạn chế các ứng dụng chủ yếu cho các hợp kim nhôm.
Đùn thủy tĩnh: Bao bọc phôi trong chất lỏng có áp suất, hầu như loại bỏ ma sát thành. Cho phép tạo hình nguội các cấu hình dài và vật liệu composite, mặc dù yêu cầu thiết bị tinh vi.
Đùn rỗng: Sản xuất ống và kênh bằng cách sử dụng trục gá để tạo hình bên trong. Chất bôi trơn bằng thủy tinh ngăn chặn quá trình thiêu kết vật liệu trong quá trình chạy kéo dài.
Đùn Conform: Quy trình liên tục sử dụng bánh xe quay và đế cố định để cấp vật liệu, lý tưởng để sản xuất dây và thanh. Yêu cầu quản lý cẩn thận vùng kim loại chết.
Đùn nóng: Được thực hiện trên nhiệt độ kết tinh lại (1000°C+ đối với thép) bằng cách sử dụng bôi trơn bằng thủy tinh (quy trình Ugine-Séjournet) để giảm ma sát và ngăn ngừa nứt.
Đùn nguội: Gia công ở nhiệt độ phòng tạo ra độ chính xác về kích thước và độ hoàn thiện bề mặt vượt trội trong khi tăng độ bền thông qua quá trình gia công nguội. Phổ biến cho các bộ phận ô tô.
Đùn ấm: Nhiệt độ trung gian (600-1000°C) cân bằng việc ngăn ngừa quá trình oxy hóa với yêu cầu lực giảm.
Rách: Các khuyết tật bề mặt do nhiễm bẩn khuôn, gradient nhiệt hoặc tốc độ đùn không ổn định.
Nứt Chevron: Các vết nứt bên trong do các khuyết tật của phôi hoặc thiết kế khuôn kém, thường không thể phát hiện bằng mắt thường.
Máy ép đùn công nghiệp kết hợp các hệ thống thủy lực với cơ sở hạ tầng hỗ trợ như giường làm mát và bộ cân bằng. Cấu hình thủy lực ngang chiếm ưu thế trong quá trình đùn nóng, trong khi các bố trí dọc phù hợp với các ứng dụng chuyên biệt. Máy ép được phân loại theo:
Khi nhu cầu sản xuất phát triển, công nghệ đùn tiếp tục phát triển thông qua các thiết kế dụng cụ, kiểm soát quy trình và đổi mới vật liệu được cải thiện - củng cố vị thế của nó như một phương pháp tạo hình công nghiệp không thể thiếu.
