TÁC DỤNG CỦA VIỆC CÀY NỀN ĐẤT KHI ĐÚC SẢN PHẨM ĐÚC GANG TRÊN NỀN CÁT TƯƠI

Trong ngành sản xuất vật liệu đúc như gang, thép và composite — đặc biệt ở các sản phẩm như nắp hố ga, song chắn rác, tấm grating mạ kẽm, cống bê tông, trụ đèn hay trụ cứu hỏa - quy trình chuẩn bị nền đúc đóng vai trò quyết định chất lượng sản phẩm cuối cùng. Một trong những phương pháp chuẩn bị nền đúc được ứng dụng rộng rãi là việc cấp ẩm và cày nền đất/cát trước khi tạo khuôn đúc trên nền cát tươi. Việc này tuy đơn giản nhưng có tác dụng rất lớn trong việc đảm bảo độ bền, độ chính xác và tính đồng đều của sản phẩm đúc gang - đặc biệt với các sản phẩm công trình yêu cầu tiêu chuẩn cao về kích thước và khả năng chịu lực.

Đất và cát tươi (minh họa)

1. Nền cát tươi trong đúc gang là gì?

Trong phương pháp đúc trong khuôn cát tươi, “cát tươi” hiểu là hỗn hợp cát làm khuôn có độ ẩm nhất định - không phải cát khô hoàn toàn - để dễ nén và tạo hình khuôn. Khuôn cát này được làm bằng cát silic (hoặc olivine), chất kết dính như đất sét bentonite và nước. Tỷ lệ nước trong hỗn hợp này thường từ khoảng 3-5% — vừa đủ để tạo độ dẻo, dễ nén mà không quá ướt.

Điểm khác biệt với cát khô là cát tươi giữ được độ bền ướt nghĩa là khi nén vào khuôn, nó giữ hình tốt nhờ độ ẩm và chất kết dính — tương tự như khi bạn nặn cát ướt trên bãi biển. 

2. Các tính chất của cát làm khuôn: 

Cát làm khuôn cần điền đầy và lèn chặt vào các ngóc ngách của mẫu và hòm khuôn. Do dó hỗn hợp cát cần có "tính chảy” cao.

Cát làm khuôn cần có khả năng biến dạng nhẹ mà không bị nứt vỡ để có thể rút mẫu tốt. Hay nói cách khác, khuôn cần có độ “đàn hồi” nhất định.

Cát làm khuôn cần có độ bền đủ để rút mẫu, chịu được tải trọng của khuôn để khuôn không bị biến dạng khi di chuyển, đồng thời chịu đựng lực ép của kim loại khi mới rót vào khuôn… Do đó, khuôn phải có “độ bền tươi” nhất định.

Cát làm khuôn cần có “độ thông khí” phù hợp để khí và hơi nước dễ dàng thoát ra ngoài khuôn.

Càng làm khuôn càng có “độ bền khô” phù hợp để bề mặt khuôn không bị kim loại xói mòn trong khi rót.

Cát làm khuôn cần đảm bảo “độ chịu nhiệt” tốt để chịu được nhiệt độ cao của kim loại lỏng mà không bị cháy cát.

3. Tại sao phải cấp ẩm và cày nền đất/cát trước khi đúc?

Chuẩn bị nền trước khi tạo khuôn đúc được xem là bước “đệm nền” cho toàn bộ quy trình đúc gang. Hoạt động này thường bao gồm:

• Cấp ẩm nền đất/cát: Cân chỉnh độ ẩm của lớp đất/cát bề mặt theo yêu cầu, giảm nhiệt độ và làm mát cát sau khi phá khuôn.

• Cày và san phẳng: Xới và làm phẳng nền để loại bỏ cục bộ, tạo độ tơi xốp và độ đồng đều cho lớp hỗn hợp cát sắp được nén.

​

Video minh họa cày và san phẳng nền đất trước khi đúc

Tác dụng của hai thao tác này có thể gói gọn trong một số lợi ích sau:

3.1 Tăng tính ổn định và đồng đều của nền khuôn

Việc cấp ẩm trước khi cày giúp lớp nền cát đạt đủ độ ẩm và độ liên kết cần thiết. Khi nước được phân bổ đều trong cát, các hạt cát và chất kết dính liên kết với nhau tốt hơn, giúp nền không bị sụt, vỡ hoặc lún khi áp lực nén tạo khuôn tác động. Điều này đặc biệt quan trọng khi sản phẩm đúc có kích thước lớn hoặc độ dày thành khuôn không đồng đều.

3.2 Giảm tổn thất khí và hao hụt sản phẩm đúc

Một trong những nguyên nhân chính của khuyết tật đúc như bọt khí, rỗ khí hoặc lõm bề mặt chính là quá trình thoát khí không đều ở khu vực nội bộ khuôn. Khi lớp cát nền bị khô hoặc không đều về độ ẩm, khí nóng từ kim loại lỏng khó thoát ra, gây bong tróc và lỗ khí trên bề mặt vật đúc. Tưới ẩm đều giúp cát giữ độ xốp kiểm soát được,tăng độ thoát khí,tăng độ thẩm thấu cát từ đó khí thoát nhanh hơn và giảm khuyết tật trong đúc. 

3.3 Giảm nguy cơ biến dạng khi đông đặc

Khi gang nóng chảy được rót vào khuôn, quá trình làm nguội và đông đặc diễn ra nhanh. Nếu nền khuôn không ổn định (quá khô hoặc không đồng đều), phần cát dưới bề mặt kim loại có thể bị di chuyển, gây cong vênh sản phẩm hoặc lệch kích thước so với thiết kế. Việc cấp ẩm và cày trước giúp nền đúc “chống chịu” tốt hơn với nhiệt độ cao, hạn chế tình trạng này.

3.4 Tăng khả năng giữ khuôn và chống rung khi rót kim loại

Lớp nền cát đã được tưới và cày tơi sẽ dễ dàng nén chặt hơn, tăng sức chống đỡ khuôn — đặc biệt khi kim loại lỏng có thể gây ra rung động và dịch chuyển trong quá trình rót. Nền cát tốt giúp khuôn giữ form ổn định, giảm thiểu sai số kích thước sau khi nguội. 

4. Lợi ích đối với chất lượng sản phẩm đúc gang

Đúc gang tại cơ sở sản xuất 

4.1 Độ chính xác kích thước cao

Khi khuôn cát được tạo trên nền đã cấp ẩm đều và trải qua cày san phẳng, các bức tường khuôn giữ đúng hình dạng theo mẫu thiết kế. Điều này giúp sản phẩm đúc gang đạt độ chính xác kích thước cao, giảm tối ưu lượng gia công sau cùng.

4.2 Chất lượng bề mặt cải thiện

Nền đúc được chuẩn bị tốt giúp giảm rung và dao động khi gang lỏng tiếp xúc với khuôn. Kết quả là bề mặt sản phẩm ít xảy ra lỗi bong vỡ, rỗ khí, giọt kim loại hay lồi lõm không mong muốn.

Tăng năng suất và giảm phế phẩm: Với nền khuôn được tưới và cày đúng quy chuẩn, người thợ có thể rút ngắn thời gian chỉnh sửa khuôn và giảm thiểu việc phải đúc lại do khuyết tật. Điều này đồng nghĩa giảm chi phí phế phẩm, tăng hiệu suất sản xuất — một yếu tố quan trọng trong hoạt động sản xuất hàng loạt. 

5. So sánh với phương pháp không chuẩn bị nền

Trong một số xưởng đúc nhỏ, khuôn cát được tạo trực tiếp trên bề mặt đất/cát chưa qua xử lý. Điều này có thể gây ra:

• Mất cân bằng độ ẩm → dễ gây bong tróc khi rót kim loại.
• Nền không đồng đều → dễ lệch khuôn, cong vênh sản phẩm.
• Khó kiểm soát thoát khí → tăng tỷ lệ khuyết tật rỗ khí, lõm co. 

Ngược lại, với nền đã tưới và cày:

• Độ ẩm kiểm soát tốt → thuận lợi hơn cho quá trình tạo khuôn.
• Nền ổn định → ít sai lệch khuôn hơn.
• Khí thoát dễ → giảm lỗi sản phẩm. 

6. Ứng dụng của việc tưới và cày nền trong thực tế sản xuất

So sánh lỗi thường hay xảy ra khi không và đã cài nền đất trước khi đúc gang trên nền cát tươi

6.1 Sản xuất nắp hố ga gang

Các sản phẩm nắp hố ga thường cần độ phẳng và kích thước chuẩn do liên quan trực tiếp đến lắp đặt công trình. Chuẩn bị nền tốt giúp kết cấu khuôn giữ hình chính xác, từ đó sản phẩm hoàn thiện đáp ứng tiêu chuẩn kỹ thuật. 

6.2 Tấm grating mạ kẽm và song chắn rác

Đây là các chi tiết có rỗ lưới, độ dày kim loại không đồng đều. Chuẩn bị nền giúp khuôn cát tạo ra các đường rãnh rõ ràng, đầy đủ chi tiết mà không gây co rút hoặc lệch kích thước khi gang nguội. 

6.3 Cống bê tông và trụ công trình

Các sản phẩm kích thước lớn yêu cầu nền khuôn đồng đều và ổn định để tránh tình trạng dịch chuyển khuôn khi gang lỏng đổ vào. cấp ẩm và cày nền giúp khuôn chịu được tải trọng cao của kim loại nóng chảy.

Việc tưới và cày nền đất/cát tươi trước khi đúc sản phẩm gang không chỉ là bước chuẩn bị đơn thuần mà còn là một yếu tố kỹ thuật quan trọng, quyết định tới chất lượng, độ chính xác, năng suất và chi phí sản xuất trong quy trình đúc gang. Đây là một bước nhỏ trong quy trình đúc nhưng đem lại lợi ích lớn về chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất, phù hợp với yêu cầu cao của các sản phẩm công nghiệp — từ nắp hố ga đến các trụ đèn, trụ cứu hỏa trong các công trình xây dựng hiện đại.