Gia công khuôn dập nguội giữ vai trò cốt lõi trong việc tạo ra các chi tiết kim loại có độ chính xác, tính ổn định và tuổi thọ cao. Tuy nhiên do đặc thù vật liệu cứng và hình dạng khuôn phức tạp, việc gia công thường tốn nhiều thời gian và chi phí. Vì vậy, giải pháp SolidCAM mang đến bước tiến lớn, giúp tối ưu đường chạy dao, rút ngắn thời gian và nâng cao chất lượng khuôn dập nguội.
1. Giới thiệu về khuôn dập nguội
Khuôn dập nguội là một loại khuôn được sử dụng trong công nghệ chải ép nguội kim loại, nhằm tạo hình cho sản phẩm mà không cần nung nóng. Loại khuôn này được ứng dụng rộng rãi trong các ngành ô tô, xe máy, điện tử, gi a dụng, đòi hỏi độ chính xác và bền bề mặt cao.
Yêu cầu chính:
- Dung sai chặt chẽ.
- Độ cứng cao (thường lên đến 58-62 HRC).
- Chịu mài mòn tốt.
2. Đặc điểm gia công khuôn dập nguội
Tổng quan về Chày cối dập nguội
Chày cối dập nguội có vai trò quyết định trong công nghệ dập nguội.
Cùng tìm hiểu về chày cối dập nguội: Điều kiện làm việc, yêu cầu về vật liệu làm chày cối, các nguyên tắc lựa chọn vật liệu cũng như tính toán độ lớn khe hở giữa chày cối dập nguội trong bài viết dưới đây.
Chày cối dập nguội là 2 bộ phận chính của khuôn dập nguội, có vai trò quyết định trong tạo hình trong quá trình dập nguội. Việc chế tạo chày cối dập nguội cần phải được tính toán tỉ mỉ để gia công dập nguội tạo ra sản phẩm chính xác, có năng suất, hiệu quả cao, tránh lãng phí nguyên vật liệu.
Điều kiện làm việc:
- Trong quá trình dập nguội, chày cối phải chịu áp lực rất lớn, ngoài ra còn phải chịu ứng suất uốn lớn, lực va đập và lực ma sát.
- Diện tích tiếp xúc lớn nên khuôn dập nguội không bị nóng lên nhiều.
Yêu cầu vật liệu làm chày cối dập nguội
Yêu cầu cao về nguyên liệu làm chày cối dập nguội, Trong điều kiện làm việc như vậy, vật liệu làm chày cối dập nguội phải đạt được những yêu cầu sau:
- Độ cứng cao
Tùy vào loại khuôn và vật liệu phôi (chiều dày, độ cứng…) để lựa chọn vật liệu làm chày cối sao cho phù hợp.
Ví dụ như: Nếu phôi là lá thép cứng như tôn silic hay có độ dày lớn thì phải yêu cầu độ cứng HRC lên đến 60, còn đối với lá thép mỏng thì yêu cầu độ cứng HRC ở khoảng 56. (Lưu ý là không để HRC quá 62 vì chày cối sẽ dễ bị sứt mẻ trong quá trình làm việc)
- Tính chống mài mòn
Do trong quá trình làm việc, chày cối phải chịu lực ma sát lớn. Do đó, cần lựa chọn vật liệu có tính chống mài mòn, đảm bảo chày cối chịu được hàng ngàn, hàng vạn lần dập.
Nếu chày cối có tính chống mài mòn kém thì khe hở giữa chày và cối sẽ bị thay đổi, làm sai lệch tính toán ban đầu, không đảm bảo chất lượng của sản phẩm.
- Độ bền và độ dai
Độ bền và độ dai quyết định đến tuổi thọ của chày cối dập nguội khi nó phải làm việc trong môi trường chịu nhiều áp lực và lực va đập. Đối với khuôn dập lớn, cần chú ý thêm yêu cầu về độ thấm tôi và ít thay đổi thể tích khi tôi.
Nguyên tắc khi lựa chọn vật liệu
- Chọn vật liệu đáp ứng đầy đủ các yêu cầu đã nêu ở trên.
- Vật liệu phải phổ biến, không quá đắt tiền và dễ tìm kiếm, thay thế.
- Có khả năng gia công cơ khí tốt, không yêu cầu quy trình công nghệ quá đặc biệt.
- Độ lớn khe hở giữa chày và cối trong dập nguội
- Độ lớn khe hở giữa chày và cối tùy thuộc vào: vật liệu, chiều dày vật liệu, yêu cầu chất lượng mặt cắt và từng nguyên công…
Nguyên công cắt hình, đột lỗ
- Đối với cắt bình thường: Khe hở chày – cối là 8% – 10% chiều dày vật liệu.
- Đối với cắt tinh: Khe hở chày – cối là 1.5% – 2% chiều dày vật liệu.
Bảng 1: Khe hở dập cắt cho các loại nguyên liệu khác nhau (% tương ứng với chiều dày tấm nguyên liệu)
- Đối với dập cắt thông thường, chúng ta dùng khe hở càng lớn khi chiều dày tấm nguyên liệu tăng.
- Giá trị khe hở nhỏ hơn được dùng khi điều kiện dập cắt thuận lợi ví dụ như dập lỗ tròn, .v.v.
- Giá trị khe hở lớn hơn được dùng khi điều kiện dập cắt không tốt ví dụ như dập lỗ vuông, .v.v.
- Vùng cắt phụ có thể xuất hiện dễ dàng nếu chúng ta dùng giá trị khe hở nhỏ đối với tấm nguyên liệu dày hoặc nguyên liệu cứng.
- Dùng giá trị khe hở nhỏ nhất có thể (dập cắt chính xác) trong trường hợp các công đoạn cắt.
Theo thông thường, mặc dù khe hở có thể để giống nhau trên tất cả các bộ phận, nhưng gần đây, kinh nghiệm cho thấy rằng tốt hơn chúng ta nên thay đổi giá trị khe hở từng phần cho phù hợp với từng điều kiện cắt khác nhau trên bộ khuôn, do đó chúng ta sẽ hạn chế được sự mòn của chày và cối khuôn, cũng như sự biến dạng của sản phẩm.
Vật liệu chế tạo thường là thép dụng cụ hợp kim, thép SKD11, SKD61 hoặc tương đương. Việc gia công vật liệu này khó khăn vì:
- Độ cứng cao gây mòn dao nhanh.
- Gia công đường chạy dao phức tạp cho các bề mặt cong.
- Yêu cầu bề mặt nhẵn bóng, dung sai chính xác.
3. Quy trình gia công khuôn dập nguội truyền thống
- Phay thô: Loại bỏ phần lượng dư nhiều nhất.
- Phay tinh: Gia công theo bề mặt khuôn, đạt độ chính xác.
- Mài: Hoàn thiện bề mặt, tăng độ nhẵn.
Nhưng các phương pháp này tốn nhiều thời gian, chi phí và dễ gây hao mòn dao.
4. Vật liệu phổ biến trong chế tạo khuôn dập nguội
- Thép SKD11: Có độ cứng cao, khả năng chịu mài mòn tốt, phù hợp với dập nguội tấm thép dày.
- Thép DC53: Cải tiến từ SKD11, tăng độ bền, ít biến dạng sau nhiệt luyện.
- Thép hợp kim tốc độ cao (HSS): Thường dùng cho các chi tiết yêu cầu độ bền va đập.
Những vật liệu này khi gia công cần lựa chọn chiến lược phù hợp để tránh hiện tượng mẻ dao, quá nhiệt.
5. Xu hướng sản xuất hiện nay
Trong bối cảnh công nghiệp 4.0, các nhà máy đang hướng đến tự động hóa và tối ưu hóa quy trình sản xuất khuôn dập nguội bằng phần mềm CAM tích hợp. SolidCAM là một trong những công cụ hàng đầu giúp thực hiện điều này.
6. Ứng dụng SolidCAM trong gia công khuôn dập nguội
SolidCAM cung cấp nhiều tính năng giúp tối ưu hóa gia công khuôn:
- Chiến lược phay 2.5D & 3D:
- Gia công các bề mặt phẳng, lỗ, rãnh với 2.5D.
- Phay thô và tinh bề mặt cong khuôn bằng chiến lược HSR, HSM.
- iMachining:
- Giảm tải lực cắt khi gia công thép cứng.
- Tiết kiệm thời gian lên đến 70% so với phay truyền thống.
- Chiến lược HSM/HSS:
- Tăng chất lượng bề mặt.
- Giảm thiểu điểm dừng dao, hạn chế vết hề.
- Tích hợp mô phỏng gia công (Simulation):
- Dự đoán va chạm, giảm nguy cơ hỏng dao và phôi.
- Hiển thị thời gian gia công thực tế.
7. Lợi ích khi ứng dụng SolidCAM
- Tiết kiệm thời gian gia công nhờ chiến lược iMachining.
- Giảm hao mòn dao nhờ điều chỉnh tối ưu.
- Đảm bảo độ chính xác cao và bề mặt bóng.
- Hỗ trợ gia công các chi tiết phức tạp dễ dàng hơn.
8. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng gia công khuôn
- Độ cứng vật liệu và tình trạng nhiệt luyện.
- Lựa chọn dao và thông số cắt (tốc độ, lượng ăn dao).
- Chiến lược chạy dao trong CAM.
- Độ chính xác máy CNC.
Gia công khuôn dập nguội yêu cầu độ chính xác cao và khả năng xử lý vật liệu cứng. SolidCAM với các tính năng hiện đại như iMachining, HSM, HSS chính là giải pháp giúp doanh nghiệp tối ưu hóa chi phí, thời gian và nâng cao chất lượng sản phẩm.