Đúc khuôn cát, là phương pháp được sử dụng rộng rãi phổ biến nhất, nó tận dụng các khuôn cát tạm thời để tạo lên các sản phẩm kim loại có hình dạng phức tạp, đây cũng là phương pháp được sử dụng để làm ra các sản phẩm hợp kim. Bởi vì khuôn cát phải bị phá hủy để tháo sản phẩm ra khỏi khuôn vì thế được gọi là vật đúc, đúc cát thường cho năng suất thấp. Qúa trình đúc khuôn cát bao gồm các công đoạn như sử dụng lò, kim loại, khuôn mẫu, và khuôn cát. Kim loại bị nấu chảy trong lò, sau đó được chuyển qua gàu rồi được đổ vào khoang của khuôn cát, nó đã được tạo thành bởi khuôn mẫu. Khuôn cát tách dọc theo đường của chi tiết và sản phẩm đúc hóa rắn có thể được tháo ra. Các bước của quá trình đúc khuôn cát sẽ được mô tả chi tiết ở phần bên dưới.

Đúc khuôn cát được sử dụng để sản xuất nhiều bộ phận kim loại với hình dáng hình học phức tạp. Các sản phẩm có thể thay đổi kích thước và trong lượng có thể khoảng từ 56g cho đến vài tấn. Một vài sản phẩm đúc bằng khuôn cát loại nhỏ chẳng hạn như bánh răng, ròng rọc, trục khuỷu, thanh truyền hoặc cánh quạt. Các ứng dụng lớn bao gồm hộp chứa các trang thiết bị lớn và nặng. Đúc khuôn cát cũng thường được sử dụng trong việc sản xuất các bộ phận trên ô tô chẳng hạn như khối động cơ, cổ hút động cơ, đầu xi lanh và khung truyền tải.

Quá trình đúc khuôn cát gồm 6 giai đoạn chính bao gồm:

1.      Giai đoạn làm khuôn: gia đoạn đầu tiên trong quá trình này là tạo ra khuôn để đúc. Trong quá trình làm khuôn tạm thời, thì bước này phải được thực hiện cho từng quá trình đúc. Khuôn cát được hình thành bằng cách đóng cát chặt vào mỗi nửa khuôn. Cát sẽ được nén chặt xung quanh khuôn mẫu, nó là khuôn tạo hình ở bên ngoài của sản phẩm đúc. Khi khuôn mẫu được tháo khỏi, khoang sẽ tạo nên sản phẩm đúc. Bất kì những đặc điểm bên trong không thực hiện được bởi khuôn mẫu sẽ được các lõi riêng biệt đảm nhiệm. Chúng được làm từ cát để định dạng cho khuôn. Thời gian làm khuôn cát bao gồm việc định vị khuôn mẫu, đóng cát, và tháo khuôn mẫu. Thời gian làm khuôn còn bị ảnh hưởng bởi kích thước của sản phẩm, số lượng lõi và loại khuôn cát. Nếu loại khuôn yêu cầu đốt nóng … thì thời gian làm khuôn sẽ tăng lên. Thêm vào đó việc bôi trơn cũng được áp dụng lên trên bề mặt khoang khuôn để việc tháo sản phẩm đúc trở nên thuận tiện hơn.. Việc sử dụng dầu bôi trơn còn cải thiện được dòng chảy kim loại và bề mặt cuối của sản phẩm đúc. Dầu bôi trơn được sử dụng còn dựa vào cát và nhiệt độ kim loại nấu chảy.

2.      Kẹp: khi khuôn được hoàn thành, nó sẽ phải được chuẩn bị để đổ kim loại nấu chảy vào. Bề mặt của khoang trước hết sẽ được bôi trơn để thuận lợi cho việc tháo khuôn. Sau đó lõi khuôn sẽ được định vị và hai nửa khuôn sẽ khép lại và kẹp chặt lại với nhau. Việc kẹp chặt khuôn rất quan trọng nhằm mục đích ngăn chặn tình trạng mất mát nguyên liệu.

3.      Đổ khuôn: kim loại nấu chảy được giữ ở nhiệt độ mặc định. Sau khi khuôn đã được kẹp chặt, kim loại nấu chảy từ gàu trong lò được đổ qua khuôn. Việc rót kim loại nấu chảy có thể thực hiện bằng thủ công hoặc tự động. Lượng kim loại nấu chảy đủ để lấp đầy toàn bộ khuôn và toàn bộ các rãnh của khuôn. Thời gian lấp đầy diễn ra trong khoảng thời gian rất ngắn để ngăn chặn tình trạng hóa rắn sớm của bất kì chi tiết nào của kim loại.

4.      Làm nguội: kim loại nấu chảy được đổ đầy vào khuôn cát sẽ bắt đầu làm nguội và hóa rắn  và hình thành lên hình dạng cuối cùng của sản phẩm. Sau khi kim loại nấu chảy làm nguội khuôn sẽ mở ra . Thời gian làm nguội theo ý muốn có thể được tính toán dựa trên độ dày thành của sản phẩm và nhiệt độ của kim loại. Phần lớn các lỗi có thể xảy ra có thể xuất hiện chính là kết quả của quá trình hóa rắn. Nếu một vài kim loại làm nguội quá nhanh, sản phẩm có thể bị co ngắn lại, nứt gãy, hoặc thành sản phẩm chưa hoàn chỉnh. Các phương pháp phòng ngừa có thể được thực hiện trong quá trình thiết kế ở cả sản phẩm và khuôn.

5.      Tháo/rút: sau khi thời gian hóa rắn hoàn thành, khuôn cát dễ dàng bị làm vỡ và sản phẩm đúc được tháo ra. Bước này thường được thực hiện bằng máy dao động, chúng sẽ rung lắc hết cát và tháo rời sản phẩm đúc ra. Khi được tháo ra, cát vẫn còn trên sản phẩm và lớp ô xít sẽ bám lên bề mặt. Người ta sẽ sử dụng phương pháp thổi để làm sạch cát trên bề mặt đặc biệt là bề mặt bên trong và giảm thiểu được độ thô ráp của bề mặt.

6.      Cắt/gọt: sau khi làm nguội phần vật liệu trên các rãnh khuôn sẽ bám vào sản phẩm, vì vậy phần sản phẩm thừa sẽ bị cắt bỏ bằng thủ công, bằng cưa hoặc máy cắt. Thời gian cắt gọt có thể tính bằng kích thước bao quanh sản phẩm đúc. Sản phẩm đúc càng lớn thì thời gian cắt gọt càng lâu. Phế liệu từ quá trình cắt gọt sẽ được thu gom đổ đi hoặc tái sử dụng. Tuy nhiên cũng cần phải sơ chế chúng để đạt được tỉ lệ phần trăm các chất hóa học phù hợp trước khi nó kết hợp với các nguyên tố khác.

Nguồn: thietkekhuon.com