Đúc ép đùn ngày càng được ưa chuộng trong sản xuất dựa trên dữ liệu

Hãy tưởng tượng bạn sở hữu một công cụ có khả năng tạo hình kim loại theo ý muốn, liên tục "đúc" các hình dạng chính xác với hiệu quả đáng kinh ngạc. Đây không phải là khoa học viễn tưởng mà là một quy trình sản xuất cơ bản được gọi là ép đùn — một kỹ thuật tạo hình cơ học đóng vai trò then chốt trong ngành công nghiệp hiện đại.

Ép đùn đóng vai trò là một công cụ tạo hình mạnh mẽ, tạo ra nhiều thành phần khác nhau đồng thời tối ưu hóa các đặc tính vật liệu, giảm chi phí sản xuất và đáp ứng nhu cầu tùy chỉnh ngày càng tăng. Bài viết này cung cấp một phân tích dựa trên dữ liệu về công nghệ ép đùn, phân tích các nguyên tắc cơ bản, phương pháp, ưu điểm, nhược điểm và các cân nhắc về thiết kế của nó.

Ép đùn là một quy trình sản xuất trong đó một phôi kim loại (thường được nung nóng) được ép qua một khuôn có lỗ mở hình dạng cụ thể, tạo ra các bộ phận có mặt cắt ngang không đổi. Tương tự như việc bóp kem đánh răng qua một ống, kim loại chảy qua khuôn để đạt được hình dạng mong muốn, trải qua biến dạng dẻo trong quá trình này.

Ép đùn tận dụng khả năng biến dạng dẻo của kim loại — khi chịu lực đủ lớn, kim loại sẽ thay đổi hình dạng vĩnh viễn mà không trở lại trạng thái ban đầu. Quá trình này bao gồm:

• Chuẩn bị phôi: Chọn vật liệu kim loại phù hợp và cắt chúng theo kích thước yêu cầu, thường có gia nhiệt trước.
• Thiết kế và sản xuất khuôn: Tạo ra các khuôn chính xác để xác định thông số kỹ thuật của sản phẩm cuối cùng.
• Quá trình ép đùn: Tác dụng áp lực thông qua một ram hoặc xi lanh thủy lực để ép kim loại qua khuôn.
• Làm mát và xử lý sau: Ổn định các thành phần đã tạo hình thông qua làm mát và các phương pháp xử lý tiếp theo như cắt hoặc hoàn thiện bề mặt.

Ép đùn tạo ra các hình dạng khác nhau bao gồm thanh, ống, dây và mặt cắt ngang phức tạp cho các ngành công nghiệp như:

• Xây dựng: Khung cửa sổ/cửa ra vào, tường rèm, cấu kiện kết cấu
• Vận tải: Bộ phận ô tô (bộ tản nhiệt, cản), bộ phận thân máy bay
• Điện tử: Tản nhiệt, vỏ, đầu nối
• Điện: Cáp, thanh cái, hình dạng dẫn điện

Các vật liệu có thể ép đùn bao gồm nhôm, đồng, thép, titan và hợp kim của chúng, mỗi loại cung cấp các đặc tính riêng biệt:

Phương pháp phổ biến nhất, trong đó một ram đẩy phôi qua một khuôn cố định. Ma sát giữa phôi và thành chứa yêu cầu lực lớn hơn nhưng cung cấp thiết lập thiết bị đơn giản hơn.

Khuôn di chuyển trong khi phôi vẫn đứng yên, loại bỏ ma sát của thùng chứa. Điều này làm giảm lực yêu cầu từ 25-30% và cải thiện độ hoàn thiện bề mặt nhưng giới hạn chiều dài sản phẩm.

Sử dụng chất lỏng có áp suất để bao quanh phôi, giảm thiểu ma sát. Cho phép xử lý các vật liệu khó ép đùn nhưng yêu cầu thiết bị phức tạp, đắt tiền.

Được thực hiện ở nhiệt độ phòng, tạo ra các bộ phận có độ bền và độ chính xác cao nhưng yêu cầu lực đáng kể (lên đến 700 MPa đối với thép).

Được thực hiện dưới nhiệt độ kết tinh lại (thường là 0,3-0,5 Tm), cân bằng việc giảm lực (30-50% so với nguội) với việc kiểm soát kích thước.

Hoạt động trên nhiệt độ kết tinh lại, cho phép tạo hình phức tạp với lực tối thiểu nhưng có khả năng ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt.

• Tỷ lệ sử dụng vật liệu từ 85-95% (so với 40-60% đối với gia công)
• Tốc độ sản xuất lên đến 60 m/phút đối với các hình dạng đơn giản
• Cấu trúc hạt liên kết cải thiện các đặc tính cơ học

• Yêu cầu mặt cắt ngang không đổi
• Chi phí khuôn dao động từ 5.000 đến 50.000 đô la tùy thuộc vào độ phức tạp
• Giới hạn đối với các vật liệu có độ dẻo đủ

Thiết kế ép đùn hiệu quả kết hợp:

• Độ dày thành đồng đều (tối thiểu 1mm đối với nhôm)
• Bán kính góc lượn lớn (R ≥ 0,5× độ dày thành)
• Góc vát 1-3° để dễ dàng đẩy ra
• Hình dạng đối xứng khi có thể

Thị trường ép đùn toàn cầu (105,3 tỷ đô la vào năm 2023) tiếp tục mở rộng với các xu hướng đáng chú ý:

• Giảm trọng lượng ô tô thúc đẩy nhu cầu ép đùn nhôm (dự kiến tăng trưởng hàng năm 8,1%)
• Xây dựng & xây dựng chiếm 42% lượng tiêu thụ ép đùn
• Các ứng dụng mới nổi trong hệ thống năng lượng tái tạo

Những tiến bộ công nghệ bao gồm tối ưu hóa quy trình do AI điều khiển, các kỹ thuật ép đùn lai và phát triển hợp kim mới để vượt qua ranh giới vật liệu.