Nhôm là một trong những kim loại quan trọng nhất của xã hội hiện đại. Để tạo ra các sản phẩm nhôm chất lượng cao, quy trình sản xuất cần được thực hiện một cách chính xác và chuyên nghiệp. Hiện nay, trên thế giới có nhiều phương pháp sản xuất nhôm khác nhau, trong đó đùn ép, đúc, cán và rèn là những quy trình phổ biến và được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp sản xuất nhôm. Các phương pháp này đều có những ưu điểm riêng, tạo ra những sản phẩm nhôm có hình dạng, kích thước và đặc tính khác nhau, phù hợp với các ứng dụng và mục đích sử dụng riêng biệt. Bài viết dưới đây sẽ giới thiệu về các quy trình sản xuất nhôm này, cùng với những đặc điểm và ứng dụng của từng quy trình.
1. Quy trình đùn ép nhôm
Quy trình đùn ép nhôm là quy trình sản xuất nhôm bằng phương pháp gia nhiệt nung nóng phôi nhôm. Sau đó, phôi nhôm được ép đùn qua khuôn thép bằng áp lực lớn để tạo ra biên dạng mặt cắt nhôm theo yêu cầu. Thanh nhôm sau quá trình ép đùn và cắt theo kích thước sẽ được xử lý hóa già để tăng độ cứng và độ bền cơ học.
Để sản xuất ra nhôm thành phẩm, quy trình đùn ép nhôm bao gồm 7 bước, từ chuẩn bị nguyên liệu, thực hiện quá trình đùn ép và kiểm tra kết quả. Cụ thể như sau:
Bước 1: Chuẩn bị Billet
Trước khi ép đùn, phôi nhôm billet phải được làm nóng trước ở nhiệt độ từ 480-530 độ C trước khi tiến hành cắt nóng và đưa vào máy ép đùn.
Bước 2: Chuẩn bị khuôn
Khuôn cần được chuẩn bị đúng theo lệnh sản xuất máy đùn, đảm bảo đúng mã, chủng loại yêu cầu
Bước 3: Gia nhiệt khuôn
Quá trình gia nhiệt cần được điều chỉnh thời gian, nhiệt độ đúng với yêu cầu về mặt kỹ thuật.
Bước 4: Đùn ép
Phôi nhôm được đưa vào đùn ép qua lỗ khuôn với điều kiện máy đùn ép được vận hành ổn định, đúng tiêu chuẩn kỹ thuật. Dưới áp lực của máy ép, phôi nhôm được ép đẩy qua lỗ khuôn để tạo ra biên dạng mặt cắt theo yêu cầu. Thanh nhôm ép đùn được đón dẫn bằng hệ thống puller và đưa ra dàn băng chuyền làm nguội. Toàn bộ chu trình được diễn ra hoàn toàn tự động và liên tục.
Bước 5: Kéo căng, cắt thành phẩm
Thanh nhôm sau khi ra khỏi khuôn đùn ép được đưa xuống băng chuyền để làm nguội bằng quạt gió và được kiểm tra ngoại quan và kích thước đảm bảo đạt yêu cầu, kỹ thuật viên tiến hành kéo căng và cắt sản phẩm, nhằm tăng độ thẳng và không còn bị cong vênh như khi mới được kéo ra khỏi khuôn đùn.
Bước 6: Hóa già
Sau khi tiến hành ép đùn và cắt theo kích thước yêu cầu, các thanh nhôm sẽ được xử lý hóa già để gia tăng độ cứng và độ bền cơ học. Công đoạn hóa già rất quan trọng trong sản xuất nhôm thanh đùn ép để đảm bảo chất lượng và tính ổn định của sản phẩm cuối cùng.
Bước 7: Kiểm tra, bao gói lưu kho hoặc chuyển công đoạn tiếp theo
Phôi nhôm sau khi hóa già cần được kiểm tra chất lượng thành phẩm theo chủng loại, số lượng, độ nhẵn, độ cong vênh,… Sau đó, tiến hành bao gói nhập kho hoặc chuyển sang công đoạn xử lý bề mặt tiếp theo như sơn tĩnh điện hoặc anode…
Quy trình đùn ép nhôm là phương pháp gia nhiệt nung nóng phôi billet, sau đó dùng áp lực lớn ép đùn phôi qua khuôn thép để tạo ra biên dạng mặt cắt nhôm theo yêu cầu.
Sau khi được đùn ép định hình, thanh nhôm sẽ có mặt cắt ngang theo hình dạng của khuôn với các mặt cắt đặc, rỗng toàn phần hoặc rỗng một phần. Phương pháp đùn ép cho phép sản xuất các sản phẩm nhôm với độ dài và kích thước linh hoạt, tạo ra các mặt cắt phức tạp với chi phí sản xuất thấp. Do đó, phương pháp đùn ép là một giải pháp lý tưởng cho việc sản xuất các sản phẩm nhôm với hình dạng đa dạng và độ phức tạp cao.
Phương pháp đùn ép nhôm tạo ra các thành phẩm nhôm đùn – một sản phẩm được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp. Dưới đây là một số ứng dụng từ nhôm thành phẩm của phương pháp đùn ép:
- Ngành ô tô: Nhôm thanh đùn ép được sử dụng trong nhiều bộ phận của xe ô tô, bao gồm cả khung gầm, đường ray mái, thanh giằng và các bộ phận khác.
- Ngành hàng không: Nhôm thanh đùn ép được sử dụng để tạo ra các bộ phận máy bay như bộ động cơ, khung gầm và các bộ phận khác.
- Ngành kiến trúc và xây dựng: Nhôm thanh đùn ép được sử dụng để sản xuất các sản phẩm xây dựng như cửa, khung cửa, thanh rèm,…
- Ngành điện tử: Nhôm thanh đùn ép được sử dụng để tạo ra các bộ phận máy tính như tản nhiệt, ray đèn LED và các thiết bị điện tử khác.
- Năng lượng mặt trời: Nhôm thanh đùn ép được sử dụng để sản xuất hệ thống khung giá đỡ và khung tấm pin năng lượng mặt trời, linh kiện solar,…
- Ngành y tế: Nhôm thanh đùn ép được sử dụng để tạo ra các bộ phận của các thiết bị y tế như máy phát điện, máy quét MRI và các thiết bị khác.
- Ngành đóng tàu: Thanh nhôm đùn ép được sử dụng để tạo ra các bộ phận của tàu thủy như khung gầm và các bộ phận khác.
- Ngành quân sự: Thanh nhôm đùn ép được sử dụng để tạo ra các bộ phận quân sự như khung gầm xe tăng và các bộ phận khác.
2. Quy trình đúc nhôm
Quy trình đúc nhôm là phương pháp sản xuất nhôm tạo ra các sản phẩm có thiết kế và kiểu dáng riêng biệt bằng cách đổ nhôm nóng chảy vào khuôn đúc đã được tạo hình theo mẫu của sản phẩm cuối cùng mong muốn. Đây là quy trình chất lượng cao, giúp tạo ra các chi tiết, bộ phận phức tạp, đòi hỏi độ chính xác cao về các thông số kỹ thuật.
Đúc khuôn có nhiều loại, tùy thuộc vào mỗi loại khuôn sẽ có quy trình đúc khác nhau, tạo ra các thành phẩm theo từng mục đích riêng:
Quy trình sản xuất nhôm theo phương pháp đúc có 4 hình thức chính là Đúc khuôn mẫu (Permanent Mold Casting), Đúc cát (Sand Casting), Đúc khuôn (Die Casting) và Đúc khuôn chân không (Vacuum Die Casting)
1- Đúc khuôn mẫu (Permanent Mold Casting)
Đúc khuôn mẫu là phương pháp sản xuất nhôm bằng cách đổ nhôm nóng chảy vào khuôn mẫu bằng kim loại. Khuôn được làm nóng trước khi nhôm nóng chảy được đổ hoặc bơm vào khuôn.
Sau khi quá trình đúc kết thúc, khuôn được làm mát để phần nhôm bên trong đông lại. Nhôm sau khi đông đặc được lấy ra khỏi khuôn ngay lập tức để tránh hình thành khuyết tật.
Phương pháp đúc khuôn mẫu này thường được áp dụng để sản xuất các sản phẩm nhôm yêu cầu tính chịu lực tốt, có tính đồng nhất và yêu cầu độ chính xác cao.
2- Đúc cát (Sand Casting)
Quá trình đúc cát bao gồm việc đóng khuôn bằng hỗn hợp cát xung quanh một khuôn mẫu có thể tái sử dụng có hình dạng, chi tiết và cấu hình của sản phẩm cuối cùng. Khuôn mẫu bao gồm các ống dẫn cho phép đổ kim loại nhôm nóng chảy vào khuôn. Khuôn cát được tái sử dụng nhiều lần và rất hiệu quả trong việc tạo ra các sản phẩm nhôm có hình dạng và chi tiết phức tạp.
Kích thước của khuôn mẫu lớn hơn một chút so với sản phẩm để tính đến sự co ngót trong quá trình làm mát. Cát có trọng lượng và độ bền để duy trì hình dạng của hoa văn và có khả năng chống tương tác với kim loại nóng chảy.
3- Đúc khuôn (Die Casting)
Đúc khuôn (Die Casting) là một quá trình trong đó nhôm nóng chảy được ép dưới áp lực vào khuôn. Các sản phẩm được sản xuất có độ chính xác cao và yêu cầu ít tinh chỉnh hoặc gia công thêm. Quá trình này nhanh chóng và cho việc sản xuất hàng loạt các bộ phận với số lượng lớn.
Có hai hình thức đúc khuôn là đúc nóng và đúc lạnh. Sự khác biệt giữa chúng liên quan đến cách kim loại nóng chảy được đưa vào khuôn. Trong quá trình đúc khuôn nóng, buồng nóng được kết nối với nồi nấu chảy và sử dụng pít-tông để ép kim loại nóng chảy vào khuôn. Trong quá trình đúc khuôn lạnh, nồi nóng chảy không được kết nối với hệ thống đúc khuôn, mà thay vào đó, kim loại nóng chảy sẽ được đưa vào buồng lạnh, sau đó được ép qua pít-tông để ép vào khuôn.
4- Đúc khuôn chân không
Đúc khuôn chân không (Vaccum Die Casting) là phương pháp sản xuất nhôm sử dụng một hộp đúc vỏ chuông kín khí có một lỗ đúc ở phía dưới và lỗ hút chân không ở phía trên. Quá trình đúc bắt đầu bằng cách nhấn chìm lỗ đúc xuống dưới bề mặt nhôm nóng chảy. Bằng cách tạo áp suất âm ở lỗ hút chân không, sự khác biệt áp suất giữa lỗ đúc và nhôm nóng chảy sẽ khiến cho nhôm nóng chảy lên theo đường ống vào khoang đúc, nơi nhôm nóng chảy đông cứng. Sau khi hoàn thành quá trình đúc, mẫu đúc được lấy ra khỏi khoang đúc.
Quy trình đúc nhôm là kỹ thuật sản xuất các bộ phận chất lượng cao bằng cách đổ nhôm nóng chảy vào khuôn được thiết kế và chế tạo riêng cho sản phẩm.
3. Quy trình cán nhôm
Quy trình cán nhôm là phương pháp đưa phôi nhôm hoặc tấm nhôm đưa vào máy cán, nơi nó được đưa qua các con lăn để làm giảm độ dày. Quá trình này lặp đi lặp lại nhiều lần cho tới khi nhôm trở thành dạng lá, tấm hoặc cuộn và có độ dày như mong muốn. Sau khi được cán, nhôm có thể được cắt thành các tấm hoặc cuộn và được tiếp tục gia công để tạo ra các sản phẩm nhôm thành phẩm khác nhau, được ứng dụng đa dạng từ các ứng dụng trong công nghiệp, hàng không cho đến sản xuất sản phẩm tiêu dùng hàng ngày như bọc thực phẩm, lon đồ uống.
Quy trình cán nhôm bao gồm 3 bước cơ bản như sau:
Bước 1: Chuẩn bị nguyên liệu nhôm
Quá trình cán nhôm bắt đầu bằng việc chuẩn bị vật liệu nhôm để đưa vào quá trình cán. Tùy thuộc vào mục đích sử dụng cuối cùng của sản phẩm, quá trình cán nhôm có thể thực hiện ở nhiệt độ cao (cán nóng) hoặc nhiệt độ thấp (cán nguội).
Trong quy trình cán nóng, nhôm được làm nóng hay còn gọi gia công nóng với phạm vi nhiệt độ cụ thể. Nhiệt độ cao trong quá trình cán nóng giúp làm mềm nhôm và giữ cho nó độ dẻo cần thiết cho các ứng dụng khác nhau. .
Trong trường hợp nhôm không được làm nóng trước khi cán, nhôm sẽ được gia công cán nguội. Quá trình cán nguội làm thay đổi cấu trúc vi mô của nhôm, làm cho nó cứng và bền hơn, tuy nhiên cũng làm cho nhôm trở nên giòn và dễ gãy hơn.
Bước 2: Cán đến độ dày mong muốn
Khi đã sẵn sàng, vật liệu nhôm sẽ đi qua nhiều giai đoạn của các máy cán với các con lăn tác dụng lực lên mặt trên và mặt dưới của tấm nhôm, cho đến khi tấm nhôm đạt được độ dày mong muốn.
Tùy thuộc vào độ dày cuối cùng của nhôm, sản phẩm kết quả sẽ được phân loại vào một trong ba loại, theo định nghĩa của Hiệp hội Nhôm Thế giới. Mỗi loại nhôm cán này phù hợp với các mục đích khác nhau.
- Loại 1 – Tấm nhôm
Nhôm cán thành tấm với độ dày 0,25 inch (6,3 mm) hoặc dày hơn được gọi là tấm nhôm, được các công ty hàng không thường sử dụng trong cánh máy bay và cấu trúc máy bay.
- Loại 2 – Tấm nhôm mỏng
Nhôm cán thành tấm có độ dày từ 0,008 inch (0,2 mm) đến 0,25 inch (6,3 mm) được gọi là tấm nhôm, và nhiều người coi đó là hình thức nhôm cán linh hoạt nhất. Các nhà sản xuất sử dụng tấm nhôm để sản xuất lon đựng đồ uống và thực phẩm, biển báo đường bộ, biển số xe, cấu trúc và bề mặt bên ngoài của ô tô, và nhiều sản phẩm khác.
- Loại 3 – Foil nhôm
Nhôm cán thành bất cứ thứ gì mỏng hơn 0,008 inch (0,2 mm) được coi là foil nhôm. Ví dụ về các ứng dụng cho foil nhôm bao gồm bao bì thực phẩm, màng bọc thực phẩm, lớp cách nhiệt phía sau trong các tòa nhà,….
Bước 3: Xử lý thêm
Quá trình xử lý thêm được thực hiện sau khi nhôm được cán thành tấm hoặc cuộn. Quá trình này bao gồm các công đoạn xử lý bổ sung nhằm cải thiện tính chất và đáp ứng yêu cầu của sản phẩm nhôm.
Các sản phẩm nhôm có thể cắt phôi, tạo hình nóng hay ứng dụng phương pháp xử lý bề mặt hóa học hoặc cơ học cần thiết. Những phương pháp xử lý này làm thay đổi màu sắc hoặc lớp hoàn thiện của sản phẩm, cải thiện các đặc tính như khả năng chống ăn mòn hoặc tạo kết cấu cho bề mặt sản phẩm. Ví dụ về các lớp hoàn thiện bao gồm phủ anod và phủ PVDF.
Cán nhôm là phương pháp quan trọng để tạo ra các sản phẩm nhôm với độ dày và chiều rộng khác nhau, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp và lĩnh vực, bao gồm:
- Ngành hàng không: sản xuất các thành phần của máy bay, như vỏ ngoài, cánh, và thân máy bay.
- Ngành nội thất: sản xuất các sản phẩm nội thất như tủ, bàn, ghế, tấm trần, vách nhôm, đồ trang trí,…
- Ngành thực phẩm: sản xuất bao bì nhôm cho thực phẩm, ví dụ như lon nước ngọt, lon bia, bánh kẹo,…, sản xuất màng bọc thực phẩm.
- Ngành điện tử: sản xuất các sản phẩm điện tử như ốp lưng điện thoại, màn hình hiển thị và vi mạch, đồ điện tử, gia dụng,…
- Ngành ô tô: sản xuất các sản phẩm ô tô như vỏ xe hơi, cửa xe và các bộ phận khác.
Quy trình cán nhôm bao gồm việc đưa các tấm hoặc phôi nhôm qua các bộ cuộn khác nhau để làm giảm độ dày.
4. Quy trình rèn dập nhôm
Quy trình sản xuất nhôm bằng phương pháp rèn dập là quá trình tạo hình nhôm bằng lực ép và nén cực mạnh để tạo ra các bộ phận có độ chính xác và độ bền cao. Hiện nay có các phương pháp rèn bao gồm rèn khuôn hở (hoặc rèn thủ công), rèn khuôn kín, đảo lộn, rèn cuộn, rèn quỹ đạo (quay), rèn kéo sợi, rèn trục gá, lăn vòng và chuyển tiếp và đùn ngược. Việc lựa chọn phương pháp rèn tối ưu cho một hình dạng rèn nhất định dựa trên hình dạng rèn mong muốn, độ tinh xảo của thiết kế hình dạng rèn và chi phí.
Rèn khuôn kín thông thường là loại rèn nhôm phổ biến nhất. Quá trình sản xuất nhôm bằng phương pháp rèn khuôn kín bắt đầu được bắt đầu bằng việc tạo ra một khối nhôm có kích thước phù hợp với khuôn rèn. Sau đó, khối nhôm được đặt vào trong khuôn kín và được ép lại với áp lực cao. Quá trình này tạo ra một sản phẩm nhôm có độ chính xác cao và tính đồng nhất trong cả kích thước và cấu trúc. Phương pháp rèn khuôn kín được sử dụng để sản xuất các sản phẩm nhôm có kích thước lớn, ví dụ như các bộ phận động cơ máy bay, bánh răng và các sản phẩm công nghiệp khác. Quá trình sản xuất này đòi hỏi một số kỹ thuật đặc biệt để đảm bảo rằng sản phẩm cuối cùng có độ chính xác cao, đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật.
Rèn nhôm là quy trình tạo hình kim loại bằng cách dập, ép hoặc đè để đạt được hình dạng mong muốn.
5. Lưu ý khi lựa chọn quy trình sản xuất nhôm
Có thể thấy 4 quy trình sản xuất nhôm: đùn, đúc, cán và rèn, và với mỗi quy trình sẽ sử dụng kỹ thuật khác nhau nhằm tạo các đặc tính riêng của nhôm. Vì vậy, việc tìm hiểu để lựa chọn được quy trình sản xuất nhôm phù hợp với mong muốn và nhu cầu sử dụng là điều cần thiết để bạn có thể tạo ra sản phẩm thích hợp nhất với mình.
- Quy trình đùn nhôm: là quá trình tạo ra cấu trúc hạt kéo dài để làm tăng độ bền cơ học của nguyên liệu nhôm và tạo ra các thuộc tính độ bền kéo, độ cứng, khả năng chống mài mòn khác nhau. Do đó, nếu mục đích sử dụng của bạn yêu cầu độ bền cao như ứng dụng trong xây dựng, hàng không vũ trụ,… thì nên cân nhắc lựa chọn nhôm định hình từ quy trình đùn.
- Quy trình đúc nhôm: Được sử dụng để sản xuất các bộ phận kim loại công nghiệp hình học phức tạp bằng cách đổ kim loại nóng chảy vào khuôn và lấp đầy toàn bộ khuôn. Các sản phẩm đúc nhôm có độ chính xác cao và không có giới hạn về kích thước của bộ phận. Phương pháp này thường được sử dụng để sản xuất các bộ phận kim loại công nghiệp, như trong ngành ô tô và máy bay.
- Quy trình cán nhôm: Cho phép tạo ra những tấm nhôm dẹt có độ dày và chiều rộng khác nhau, tạo ra các sản phẩm nhôm với hình dạng phức tạp. Nhôm cán được ứng dụng và sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp và lĩnh vực khác nhau từ các ứng dụng trong công nghiệp, hàng không cho đến sản xuất sản phẩm tiêu dùng hàng ngày như bọc thực phẩm, lon đồ uống.
- Quy trình rèn nhôm: Quá trình rèn nhôm được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi sức mạnh và hiệu suất cao như trong công nghiệp hàng không và động cơ. Quá trình rèn cũng cho phép tạo ra các sản phẩm có kích thước lớn và hình dạng phức tạp.
Với 4 quy trình sản xuất nhôm gồm đùn, đúc, cán và rèn, các sản phẩm nhôm được tạo ra của mỗi quy trình sẽ có những đặc tính khác biệt nên phù hợp với các nhu cầu sử dụng khác nhau. Vì vậy, việc bạn đọc cần hiểu toàn bộ quy trình sản xuất sẽ giúp quá trình ứng dụng nhôm phù hợp với từng đặc tính riêng của nhu cầu.
