Chương Một: Khuôn dập kim loại là gì?

Dập khuôn kim loại là một quy trình tạo hình nguội bắt đầu từ một dải kim loại, được gọi là phôi hoặc thép dụng cụ. Bằng cách sử dụng một hoặc nhiều khuôn, phương pháp này cắt và tạo hình kim loại để đạt được hình dạng tấm hoặc biên dạng mong muốn. Lực tác dụng lên phôi làm thay đổi hình dạng của nó, tạo ra ứng suất khiến phôi có thể uốn cong hoặc tạo hình thành các hình dạng phức tạp. Các bộ phận được sản xuất bằng phương pháp này có thể có kích thước rất khác nhau, từ cực nhỏ đến cực lớn, tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể.

Máy dập kim loại, hay còn gọi là máy ép, bao gồm nhiều kỹ thuật khác nhau như đột lỗ, cắt phôi, đục lỗ, dập nổi và một số thao tác khác. Độ chính xác trong thiết kế là điều cần thiết để đảm bảo mỗi sản phẩm dập đạt chất lượng tối ưu.

Khuôn dập kim loại là những công cụ chuyên dụng được thiết kế để tạo ra các hình dạng cụ thể, từ những vật dụng đơn giản hàng ngày đến các linh kiện máy tính phức tạp. Chúng có thể được thiết kế cho các thao tác đơn chức năng hoặc là một phần của chuỗi các chức năng được thực hiện theo từng giai đoạn. Có bốn loại khuôn dập kim loại: khuôn dập đơn, khuôn dập liên tục, khuôn dập phức hợp và khuôn dập chuyển.

Khi bắt đầu thiết kế khuôn dập, hãy chú ý đến loại thép và vật liệu như sau:

Nếu vật liệu dập có độ cứng cao, chẳng hạn như thép không gỉ, thì khuôn dập cần sử dụng thép có khả năng chống mài mòn tốt, chẳng hạn như Cr12MoV.

1.2 Đối với vật liệu mềm, Ví dụ như nhôm, yêu cầu về khả năng chống mài mòn của khuôn dập thấp hơn một chút, nhưng cần xem xét độ bám dính của vật liệu để tránh vật liệu dính vào khuôn. Bạn có thể chọn loại thép làm khuôn có đặc tính chống dính tốt.

Đối với các khuôn dập chịu tải trọng va đập lớn trong quá trình hoạt động, chẳng hạn như khuôn dập cho các loại nắp xe ô tô cỡ lớn, vật liệu phải có độ dẻo dai cao, và các loại thép như SKD11 có thể được lựa chọn.

Nếu môi trường làm việc của khuôn có nguy cơ bị ăn mòn, chẳng hạn như làm việc trong môi trường ẩm ướt, bạn nên chọn loại thép làm khuôn có khả năng chống ăn mòn, ví dụ như thép không gỉ.

Đối với các lô sản xuất nhỏ, các yêu cầu về hiệu suất của vật liệu khuôn có thể được giảm bớt một cách phù hợp, và có thể lựa chọn các vật liệu có giá thành thấp hơn như thép 45, đồng thời thực hiện xử lý nhiệt thích hợp để cải thiện hiệu suất.

Đối với các lô sản xuất lớn, bạn nên chọn thép làm khuôn có hiệu suất cao, khả năng chống mài mòn cao và tuổi thọ cao. Các vật liệu như cacbua xi măng có thể được sử dụng cho khuôn dập trong sản xuất hàng loạt.

Khuôn mẫu độ chính xác cao đòi hỏi biến dạng vật liệu nhỏ, chẳng hạn như thép CrWMn, loại thép có biến dạng khi tôi nhỏ và phù hợp để chế tạo khuôn dập độ chính xác cao.

Trên cơ sở đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất, giá thép làm khuôn, chi phí gia công, v.v. được xem xét toàn diện. Ví dụ, một số loại thép làm khuôn mới có hiệu suất tốt nhưng giá thành cao, và cần phải cân nhắc giữa chi phí và lợi ích.

Khuôn đột dập đơn bao gồm một khuôn lõm và một khuôn đột dập, hoặc nhiều khuôn lõm và nhiều khuôn đột dập. Mỗi mũi đột chỉ thực hiện một lần việc tạo lỗ hoặc một hình dạng nhất định vì cấu trúc và chức năng của nó được cố định và thiết kế cho một quy trình cụ thể. Nó được sản xuất trên kim loại và không thể áp dụng cho các quy trình khác. Thông thường, nó được sử dụng cho sản xuất quy mô nhỏ hoặc vừa, đặc biệt là trong các trường hợp cần thay đổi vị trí hoặc hình dạng đột dập thường xuyên. Nó có thể được điều chỉnh và thay thế linh hoạt trong quá trình sản xuất, và chi phí của khuôn đột dập đơn thấp. Nó phù hợp cho sản xuất các lô nhỏ sản phẩm dập kim loại với quy trình tương đối đơn giản.

Đầu tiên, đặt tấm kim loại cần dập vào khu vực làm việc của khuôn dập đơn. Thường thì phôi được kẹp chặt để đảm bảo ổn định trong quá trình dập. Mũi dập của khuôn dập đơn sẽ hạ xuống, tạo lực tác động lên phôi kim loại để tạo lỗ hoặc hình dạng mong muốn. Sau khi lực tác động hoàn tất, mũi dập sẽ được nhấc lên khỏi phôi để chuẩn bị cho lần dập tiếp theo. Sau đó, lấy phôi ra bằng tay và lặp lại thao tác trên.

2.1 Sản xuất nhanh hơn – Có thể thực hiện nhiều đường cắt từ nhiều khuôn khác nhau.

2.2 Định vị phôi – Việc nạp và định vị lại phôi rất dễ dàng. Có thể xoay, lật và dịch chuyển phôi một cách dễ dàng.

2.3 Hình học phức tạp – Tạo ra các hình học phức tạp mà không cần các phép tính hoặc điều chỉnh đặc biệt.

2.4 Xử lý khuôn dập – Khuôn dập nhẹ hơn và chi phí xử lý thấp hơn.

2.5 Dụng cụ – Dụng cụ nhỏ gọn và dễ tiếp cận hơn.

Khuôn dập liên tục, còn được gọi là khuôn dập liên tục, là một loại khuôn dập nguội sử dụng nguyên liệu dập dạng dải trong một lần dập duy nhất, và sử dụng nhiều trạm khác nhau để hoàn thành nhiều quy trình dập cùng một lúc trên một bộ khuôn. Sau khi mỗi quy trình dập trên khuôn được hoàn thành, băng tải vật liệu di chuyển một khoảng cách cố định, và các chi tiết được cắt ra dần dần trong khuôn liên tục. Tạo hình liên tục là một phương pháp gia công với các quy trình tập trung, dễ dàng thực hiện các thao tác cắt, xẻ, tạo rãnh, đột lỗ, biến dạng dẻo, cắt phôi. Tất cả các quy trình này được hoàn thành trên một khuôn duy nhất.

Máy dập liên tục có thể hoàn thành nhiều quy trình trong một lần cấp liệu. Quy trình làm việc điển hình của máy dập liên tục như sau:

(1) Tấm hoặc dải kim loại được đưa vào khuôn dập liên tục dưới dạng cuộn. Hệ thống cấp liệu dẫn hướng vật liệu kim loại để đảm bảo định vị chính xác trong khuôn.

(2) Hệ thống dẫn dải kim loại vào khuôn, hệ thống kẹp đảm bảo dải kim loại được giữ ổn định trong suốt quá trình dập và hệ thống dẫn hướng đảm bảo dải kim loại được định vị chính xác.

(3) Dập quá trình đầu tiên: Trong quá trình đầu tiên của khuôn dập liên tục, dải kim loại đi qua chày và khuôn đầu tiên để hoàn thành quá trình dập đầu tiên, có thể là đột, cắt hoặc tạo hình, v.v.

(4) Dây đai kim loại dẫn phôi đã hoàn thành công đoạn đầu tiên đến vị trí của công đoạn tiếp theo thông qua hệ thống chuyển động.

(5) Dập quy trình thứ hai: Trong quy trình thứ hai, dải kim loại đi qua một bộ khuôn dập khác để hoàn thành quy trình thứ hai. Quy trình này được lặp lại trên toàn bộ khuôn, mỗi thao tác được hoàn thành trên một dải kim loại liên tục.

(6) Tiếp tục cho đến khi phôi vượt qua tất cả các quy trình được thiết kế.

(7) Tháo khuôn: Sau khi hoàn thành tất cả các quy trình, phôi được tháo ra khỏi khuôn để thực hiện công đoạn tiếp theo, chẳng hạn như lắp ráp hoặc xử lý tiếp theo.

3.1 Khuôn dập liên tục lý tưởng để sản xuất các chi tiết đơn giản đến phức tạp vừa phải với hình dạng lặp đi lặp lại và các đặc điểm đồng nhất.

3.2 Chúng có hiệu suất cao trong việc cấp liệu liên tục và yêu cầu sự can thiệp tối thiểu của người vận hành.

3.3 Khuôn dập liên tục rất phù hợp cho các dây chuyền sản xuất dài với thiết kế chi tiết nhất quán.

3.4 Mỗi trạm trong khuôn dập chịu trách nhiệm thực hiện một thao tác cụ thể, chẳng hạn như cắt, uốn, đột lỗ hoặc tạo hình, khi dải kim loại tiến lên.

Khuôn dập phức hợp là loại khuôn dập thực hiện đồng thời cả quá trình tạo lỗ bên trong và tạo hình bên ngoài tại cùng một vị trí của khuôn (có thể thực hiện nhiều thao tác dập đồng thời trong một lần dập). Nhiều quy trình có thể được hoàn thành trong một lần dập, bao gồm nhiều lỗ đột hoặc tạo hình. Thiết kế đa quy trình kết hợp những ưu điểm của khuôn dập đơn và khuôn dập liên tục ở một mức độ nhất định.

Khuôn dập phức hợp được ứng dụng trong nhiều quy trình dập kim loại. Khi chi tiết dập kim loại cần dập nhiều chi tiết và các thao tác này có thể được thực hiện độc lập với nhau, có thể sử dụng khuôn dập phức hợp. Khuôn dập phức hợp sẽ tạo ra nhiều chi tiết dập kim loại với mỗi lần ép. Hơn nữa, khuôn dập phức hợp mang lại độ phẳng tuyệt vời cho chi tiết.

4.1 Hiệu quả - Khuôn dập phức hợp cắt các chi tiết phức tạp chỉ trong một lần dập, tránh cần sử dụng nhiều khuôn dập riêng biệt.

4.2 Hiệu quả về chi phí - Dập khuôn phức hợp giúp sản xuất các bộ phận nhanh chóng, tiết kiệm thời gian và tiền bạc.

4.3 Tốc độ - Dập khuôn kép tạo ra các chi tiết chỉ trong vài giây và có thể sản xuất hơn 1000 chi tiết trong một giờ.

4.4 Khả năng lặp lại - Việc sử dụng một khuôn duy nhất trong quá trình dập khuôn phức hợp đảm bảo rằng mọi chi tiết đều có cùng kích thước và hình dạng.

Đưa nguyên liệu thô cần gia công vào vị trí đã định bằng thiết bị tự động hoặc thủ công. Khi khuôn trên hạ xuống dưới tác động của thanh trượt máy ép, khuôn, bộ phận dỡ liệu và chày đột trong khuôn trên tiếp xúc với dải kim loại và tiếp tục tạo áp lực, sau đó các cạnh ngoài của chày và khuôn lõm tác động lên khuôn và chày đột, tạo ra các vết lồi lõm. Lỗ bên trong của khuôn được cắt và đột đồng thời để tách chi tiết ra khỏi dải kim loại.

Nguyên liệu thô được tạo hình trực tiếp sau khi được dập bằng khuôn composite.

Dập khuôn chuyển tiếp tương tự như dập khuôn liên tục, nhưng các chi tiết được chuyển từ trạm này sang trạm khác thông qua hệ thống truyền động cơ khí. Chủ yếu được sử dụng khi các chi tiết cần được tách khỏi dải phôi để thực hiện các thao tác ở trạng thái tự do. Khuôn chuyển tiếp có thể là một khuôn đơn hoặc nhiều khuôn hoặc máy được sắp xếp thành một hàng để tạo thành dây chuyền sản xuất. Thường được sử dụng để sản xuất các chi tiết phức tạp hơn, trong đó mỗi trạm làm việc có thể thực hiện các thao tác khác nhau như đột lỗ, uốn, kéo giãn, v.v.

5.1 Khuôn chuyển đổi thích hợp cho các chi tiết phức tạp đòi hỏi nhiều thao tác và định vị chính xác.

5.2 Họ có khả năng sản xuất các bộ phận phức tạp với dung sai chặt chẽ.

5.3 Khuôn dập chuyển thường được sử dụng trong các dây chuyền sản xuất số lượng lớn nhờ hiệu quả và khả năng tự động hóa cao.

5.4 Phôi gia công di chuyển giữa các trạm, và mỗi trạm có thể thực hiện các thao tác như cắt, uốn, đột dập hoặc dập nổi.

Dập khuôn chuyển tiếp sử dụng thiết bị truyền động để vận chuyển phôi. Sau khi mỗi trạm được dập xong, phôi được di chuyển bằng cơ học hoặc thủ công đến trạm tiếp theo để tiếp tục quá trình dập. Hệ thống dập khuôn chuyển tiếp có thể bao gồm nhiều khuôn riêng biệt hoặc một chuỗi khuôn.

Nhìn chung, thép, nhôm, đồng, thép không gỉ và đồng thau thường được sử dụng làm nguyên liệu thô trong ngành dập khuôn.

6.1 Khuôn đột dập đơn giản và linh hoạt, nhưng tốc độ chậm.

6.2 Dập khuôn liên tục có thể sản xuất các bộ phận có hình dạng phức tạp một cách nhanh chóng, tiết kiệm chi phí và với độ chính xác cao.

6.3 Dập khuôn composite được thực hiện trong một bước duy nhất, do đó phù hợp với các chi tiết có cấu trúc tương đối đơn giản.

6.4 Khuôn chuyển tiếp thích hợp cho các trường hợp cần hoàn thành nhiều quy trình trong một lần thao tác.

BẢO TRÌ

Loại bỏ vụn kim loại, mảnh vụn và cặn dầu bôi trơn khỏi khuôn sau mỗi lần sử dụng hoặc định kỳ. Sử dụng bàn chải, máy thổi khí hoặc dung môi làm sạch (phù hợp với vật liệu làm khuôn) để giữ cho bề mặt khuôn sạch sẽ. Ví dụ, trong hoạt động dập khuôn sản xuất hàng loạt các bộ phận ô tô, khuôn có thể cần được làm sạch hàng ngày.

Thường xuyên sử dụng chất bôi trơn thích hợp để giảm ma sát giữa các bộ phận chuyển động của khuôn dập. Dầu hoặc mỡ dập chất lượng cao có thể ngăn ngừa mài mòn và quá nhiệt. Tần suất bôi trơn phụ thuộc vào tốc độ và tải trọng dập; đối với khuôn dập được sử dụng ở mức độ vừa phải, có thể cần bôi trơn mỗi tuần một lần.

Thường xuyên kiểm tra các dấu hiệu hao mòn, chẳng hạn như vết mài mòn trên khuôn dập, vết nứt hoặc biến dạng. Sử dụng phương pháp kiểm tra bằng mắt thường, kính lúp hoặc các phương pháp kiểm tra không phá hủy như kiểm tra bằng hạt từ tính. Ví dụ, kiểm tra các cạnh cắt của khuôn dập xem có dấu hiệu cùn đi sau mỗi vài nghìn chu kỳ dập.

Mài hoặc thay thế khuôn đột dập

Nếu lưỡi cắt của khuôn đột bị cùn, chúng có thể được mài lại để khôi phục khả năng cắt. Trong trường hợp mài mòn nghiêm trọng, cần phải thay thế các bộ phận bị mòn. Ví dụ, một mũi đột dùng để đục lỗ có thể cần được mài lại sau một số lần sử dụng nhất định để duy trì các cạnh lỗ sạch sẽ.

Đối với các vết nứt nhỏ hoặc các khu vực bị hư hỏng trên thân khuôn, hàn có thể là một lựa chọn sửa chữa khả thi. Tuy nhiên, điều quan trọng là phải sử dụng quy trình hàn và vật liệu hàn phù hợp với vật liệu khuôn để đảm bảo khu vực được sửa chữa có các đặc tính tương tự như vật liệu ban đầu. Sau khi hàn, phần được sửa chữa thường cần được xử lý nhiệt và gia công để khôi phục hình dạng và kích thước ban đầu.

Nếu các bộ phận của khuôn bị lệch do rung động hoặc va đập trong quá trình dập, cần phải điều chỉnh lại sự thẳng hàng. Điều này có thể bao gồm việc sử dụng các miếng đệm hoặc các cơ cấu điều chỉnh chính xác để căn chỉnh lại các chày và khuôn. Ví dụ, trong khuôn dập liên tục, sự lệch lạc có thể dẫn đến việc tạo hình chi tiết không chính xác, và việc căn chỉnh lại các trạm có thể khắc phục vấn đề này.

Khuôn dập kim loại là một công cụ chuyên dụng được sử dụng trong quy trình sản xuất. Nó được thiết kế để cắt, tạo hình hoặc định hình các tấm kim loại thành các hình dạng và chi tiết cụ thể theo yêu cầu.

- Nó thường bao gồm nhiều bộ phận như bộ khuôn (bao gồm hai nửa khuôn trên và khuôn dưới), chày và hốc khuôn. Chày được sử dụng để tạo lực làm biến dạng hoặc cắt kim loại.

- Có 4 loại khuôn dập dựa trên các thao tác mà chúng thực hiện, chẳng hạn như khuôn dập cắt để cắt các hình dạng từ một tấm kim loại lớn, khuôn dập đột lỗ để tạo lỗ và khuôn dập uốn để gấp kim loại.

- Khuôn dập được làm từ các vật liệu như thép dụng cụ, có khả năng chịu được áp suất cao và các va đập lặp đi lặp lại trong quá trình dập.

- Độ chính xác trong thiết kế và sản xuất là rất quan trọng vì nó quyết định độ chính xác và chất lượng của các chi tiết dập. Chúng cần được bảo trì đúng cách để đảm bảo hiệu suất ổn định và tuổi thọ lâu dài trong môi trường sản xuất công nghiệp, nơi chúng đóng vai trò then chốt trong việc sản xuất hàng loạt các linh kiện kim loại một cách hiệu quả.