Khuôn đột dập tạo hình là một trong những loại dụng cụ công nghệ quan trọng trong ngành gia công kim loại tấm. Một bộ khuôn có thể đảm nhiệm các nguyên công như đột lỗ, cắt biên, uốn, vuốt, tạo gân, dập nổi hoặc kết hợp nhiều nguyên công liên tiếp để tạo ra sản phẩm hoàn chỉnh. Chất lượng của khuôn ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác kích thước, chất lượng bề mặt, ba via, độ ổn định của sản phẩm và tuổi thọ của cả dây chuyền sản xuất. Vì vậy, quá trình chế tạo khuôn không đơn thuần là phay một tấm thép theo bản vẽ mà là chuỗi nhiều nguyên công liên tiếp, từ lựa chọn vật liệu, tạo chuẩn, gia công thô, nhiệt luyện, gia công tinh, mài, lắp ráp cho tới chạy thử và hiệu chỉnh.

Với hệ thống máy gia công CNC, máy cắt dây EDM, máy khoan, máy phay, máy mài phẳng và máy đột dập, Cường Thịnh có thể xây dựng một dây chuyền tương đối hoàn chỉnh cho các xưởng chuyên sản xuất khuôn đột dập và khuôn tạo hình.

1. Thiết kế khuôn và xác định phương án gia công

Trước khi đưa phôi lên máy, bộ khuôn phải được thiết kế dựa trên hình dạng sản phẩm, vật liệu tấm, chiều dày phôi, sản lượng dự kiến và loại máy dập sử dụng. Đây là bước quyết định cấu trúc của toàn bộ khuôn.

Kỹ sư cần xác định các chi tiết chính như tấm khuôn trên, tấm khuôn dưới, chày, cối, tấm chặn phôi, stripper, insert, chốt dẫn hướng, bạc dẫn hướng, lò xo, chốt định vị và hệ thống thoát phế. Với khuôn tạo hình, còn phải tính thêm bán kính uốn, lượng đàn hồi của vật liệu, hành trình tạo hình và lực dập cần thiết.

Sau khi thiết kế xong, bản vẽ được tách thành từng chi tiết để xác định công nghệ gia công. Những vị trí có thể phay sẽ đưa lên trung tâm gia công CNC; các biên dạng nhỏ, góc hẹp hoặc chi tiết sau nhiệt luyện thường được chuyển sang cắt dây EDM; các mặt yêu cầu độ phẳng và song song cao sẽ hoàn thiện bằng máy mài phẳng.

Nói cách khác, ngay từ bước thiết kế đã phải xác định rõ chi tiết nào gia công bằng CNC, chi tiết nào cắt dây, chi tiết nào nhiệt luyện trước rồi mới mài tinh. Một phương án công nghệ tốt giúp giảm số lần gá đặt, giảm thời gian gia công và hạn chế sai số tích lũy.

2. Lựa chọn vật liệu và chuẩn bị phôi khuôn

Các chi tiết khuôn chịu tải khác nhau nên không nhất thiết sử dụng cùng một loại thép. Tấm đế khuôn chủ yếu yêu cầu độ cứng vững và ổn định hình học, trong khi chày, cối và insert phải chịu va đập, ma sát và mài mòn lớn nên thường sử dụng thép dụng cụ hoặc thép khuôn có khả năng nhiệt luyện.

Phôi ban đầu được cắt lớn hơn kích thước hoàn thiện một lượng nhất định để chừa dư cho các nguyên công tiếp theo. Sau khi cắt, phôi thường chưa đảm bảo độ vuông, độ phẳng hoặc độ song song nên cần được tạo chuẩn trước.

Ở công đoạn này có thể sử dụng máy phay vạn năng của Cường Thịnh để phay sơ bộ các mặt ngoài, tạo mặt chuẩn và xử lý các phần vật liệu dư. Với các xưởng sản xuất khuôn thường xuyên, việc dùng máy phay truyền thống cho công việc chuẩn bị phôi giúp tránh chiếm thời gian của trung tâm gia công CNC cho những nguyên công đơn giản.

Mục tiêu quan trọng nhất của bước này là tạo ra ít nhất một mặt chuẩn và các cạnh chuẩn đủ ổn định để chi tiết có thể gá chính xác ở những nguyên công sau.

3. Phay tạo chuẩn và gia công thô trên trung tâm gia công CNC

Sau khi phôi đã có chuẩn cơ bản, chi tiết được đưa lên trung tâm gia công CNC. Đây là công đoạn chính trong quá trình chế tạo khuôn vì phần lớn hình dạng của tấm khuôn, insert và các hốc lắp ghép được tạo tại đây.

Ở bước gia công thô, mục tiêu không phải đạt ngay kích thước cuối cùng mà là bóc đi lượng vật liệu lớn trong thời gian ngắn. Dao phay có thể chạy với lượng ăn dao tương đối lớn để tạo hốc khuôn, pocket, bậc, rãnh và biên dạng tổng thể. Một lượng dư nhỏ vẫn được giữ lại trên các bề mặt quan trọng để phục vụ gia công tinh hoặc mài sau này.

Các trung tâm gia công đứng như VMC640, VMC850, VMC855 hoặc VMC1160 của Cường Thịnh phù hợp với phần lớn tấm khuôn và chi tiết khuôn cỡ nhỏ đến trung bình. Với khuôn lớn, có thể sử dụng các model VMC có hành trình lớn hơn hoặc trung tâm gia công CNC dạng cổng trục.

Ưu điểm lớn của VMC là có thể thực hiện nhiều nguyên công trong một lần gá như phay mặt, phay hốc, khoan, doa, taro và gia công biên dạng. Việc giảm số lần tháo gá giúp hạn chế sai số vị trí giữa các bề mặt và giữa các hệ lỗ trên cùng một chi tiết.

4. Gia công tinh các bề mặt và vị trí lắp ghép

Sau khi gia công thô, máy CNC tiếp tục thực hiện bước gia công bán tinh và gia công tinh. Dao cắt lúc này thường sử dụng lượng ăn dao nhỏ hơn để cải thiện độ chính xác kích thước và chất lượng bề mặt.

Các vị trí lắp insert, rãnh định vị, mặt lắp chốt dẫn hướng, hốc cối và các biên dạng làm việc cần được kiểm soát chặt chẽ. Những sai lệch nhỏ ở giai đoạn này có thể khiến chi tiết lắp không đúng vị trí hoặc làm thay đổi khe hở giữa chày và cối.

Đối với bề mặt tạo hình ba chiều, máy CNC có thể sử dụng dao cầu hoặc dao phay chuyên dụng để chạy nhiều lớp đường dao, từ phá thô tới bán tinh rồi tinh bề mặt. Với khuôn tạo hình có bề mặt cong phức tạp, chất lượng lập trình CAM và lựa chọn dao ảnh hưởng rất lớn tới lượng công việc phải mài hoặc đánh bóng về sau.

5. Khoan, doa và taro hệ thống lỗ trên tấm khuôn

Một bộ khuôn có rất nhiều lỗ phục vụ lắp ráp và dẫn hướng. Điển hình gồm lỗ bulông, lỗ chốt định vị, lỗ bạc dẫn hướng, lỗ lò xo, lỗ thoát phế và lỗ ren.

Các lỗ yêu cầu độ chính xác vị trí cao thường được thực hiện trực tiếp trên trung tâm gia công CNC. Sau khi khoan mồi, những lỗ lắp chốt hoặc bạc có thể được doa tới kích thước chính xác. Các lỗ ren được taro ngay trên máy để đảm bảo đúng vị trí so với hệ tọa độ của chi tiết.

Đối với những tấm khuôn lớn, máy khoan cần của Cường Thịnh có thể sử dụng cho các lỗ phụ trợ, lỗ bulông lớn hoặc những vị trí không yêu cầu độ chính xác quá cao. Cách phân chia này giúp trung tâm CNC tập trung vào các công việc có giá trị và yêu cầu chính xác cao hơn.

6. Gia công chày, cối và insert bằng cắt dây EDM

Trong khuôn đột dập, chày và cối là các chi tiết quan trọng nhất vì trực tiếp tiếp xúc với vật liệu trong quá trình cắt hoặc tạo hình. Các chi tiết này thường có biên dạng phức tạp, góc trong nhỏ hoặc yêu cầu độ chính xác rất cao, khiến phương pháp phay thông thường không phải lúc nào cũng phù hợp.

Máy cắt dây EDM sử dụng dây điện cực để ăn mòn vật liệu theo biên dạng đã lập trình. Phương pháp này đặc biệt phù hợp với thép đã nhiệt luyện có độ cứng cao vì quá trình gia công không phụ thuộc vào độ cứng vật liệu theo cách của dao cắt cơ khí.

Thông thường, phôi chày hoặc cối được khoan lỗ mồi nếu cần, sau đó đưa lên máy cắt dây. Lần cắt đầu tiên có nhiệm vụ bóc phần lớn vật liệu, các lần cắt tinh sau đó sẽ hiệu chỉnh kích thước và cải thiện bề mặt.

Cường Thịnh có thể sử dụng các dòng máy cắt dây EDM của Aristech hoặc CHMER cho công đoạn này. Với khuôn yêu cầu độ chính xác cao, cắt dây gần như là thiết bị bắt buộc vì nó cho phép tạo các biên dạng mà dao phay khó tiếp cận hoặc không thể tạo được góc sắc bên trong.

7. Tính toán và gia công khe hở chày – cối

Khe hở giữa chày và cối là một thông số đặc biệt quan trọng của khuôn đột cắt. Khe hở không được lựa chọn tùy ý mà phụ thuộc vào chiều dày tấm, loại vật liệu và yêu cầu chất lượng mép cắt.

Nếu khe hở quá nhỏ, lực dập tăng mạnh, chày và cối nhanh mòn, thậm chí có nguy cơ sứt mép. Nếu khe hở quá lớn, ba via tăng và mép cắt xấu.

Do đó, khi lập trình CNC hoặc cắt dây EDM, biên dạng của chày và cối phải được bù chính xác theo khe hở thiết kế. Đây cũng là lý do các xưởng khuôn cần kiểm soát rất chặt kích thước của chày, cối và vị trí tương đối giữa chúng.

8. Nhiệt luyện các chi tiết làm việc của khuôn

Chày, cối và một số insert thường phải nhiệt luyện để tăng độ cứng, khả năng chống mài mòn và tuổi thọ sử dụng. Tuy nhiên, nhiệt luyện có thể làm chi tiết biến dạng nhẹ, vì vậy quy trình gia công thường không hoàn thiện toàn bộ kích thước trước nhiệt luyện.

Một quy trình phổ biến là gia công thô, chừa lượng dư, nhiệt luyện, sau đó mới cắt dây, mài hoặc gia công tinh lần cuối.

Cách làm này giúp loại bỏ ảnh hưởng của biến dạng nhiệt và đưa chi tiết về đúng kích thước cuối cùng. Với các chi tiết có độ cứng cao sau nhiệt luyện, mài và EDM thường hiệu quả hơn so với tiếp tục gia công bằng dao phay thông thường.

9. Mài phẳng sau nhiệt luyện

Sau CNC và nhiệt luyện, nhiều bề mặt của khuôn vẫn chưa đạt yêu cầu cuối cùng về độ phẳng, độ song song hoặc chiều dày. Lúc này cần chuyển sang máy mài phẳng.

Máy mài phẳng đặc biệt quan trọng với tấm khuôn, stripper, insert và các chi tiết cần kiểm soát chiều cao lắp ráp. Đá mài bóc đi một lớp vật liệu rất nhỏ nhưng có khả năng tạo độ phẳng và độ chính xác cao hơn nhiều so với phay.

Cường Thịnh hiện có các dòng máy mài phẳng YSD như YSD-450PLC, YSD-520AH, YSD-520PLC, YSD-525NC, YSD-3060AHD, YSD-3060APS, YSD-4080AHD và YSD-4080APS. Tùy kích thước tấm khuôn và yêu cầu tự động hóa, có thể lựa chọn model phù hợp.

Trong quá trình mài, kỹ thuật viên phải kiểm tra liên tục chiều dày, độ phẳng và độ song song. Đặc biệt với các tấm lắp chày và cối, sai số chiều dày có thể làm thay đổi vị trí làm việc thực tế của bộ khuôn khi đóng.

10. Gia công hoàn thiện chày, cối và bề mặt tạo hình

Sau khi mài phẳng các mặt chuẩn, những bề mặt trực tiếp làm việc có thể cần được mài tinh, đánh bóng hoặc rà nguội tùy loại khuôn.

Đối với khuôn cắt, mép chày và cối phải sắc, đồng đều và không có sứt mẻ. Đối với khuôn uốn hoặc tạo hình, các bán kính làm việc phải được làm nhẵn để hạn chế xước bề mặt sản phẩm.

Với những khuôn yêu cầu chất lượng bề mặt cao, công đoạn đánh bóng có thể được thực hiện nhiều cấp, từ đá mài, giấy nhám tới vật liệu đánh bóng tinh. Mục tiêu là loại bỏ các vết dao và tạo bề mặt ổn định để vật liệu trượt qua khuôn dễ dàng trong quá trình tạo hình.

11. Kiểm tra kích thước từng chi tiết trước khi lắp khuôn

Trước khi lắp ráp, từng chi tiết phải được kiểm tra độc lập. Các kích thước quan trọng gồm chiều dày, khoảng cách tâm lỗ, kích thước chày, kích thước cối, độ vuông góc, độ phẳng và độ song song.

Việc kiểm tra trước giúp phát hiện sai số ngay tại chi tiết thay vì chỉ phát hiện sau khi bộ khuôn đã lắp hoàn chỉnh. Nếu một chi tiết sai, có thể đưa trở lại CNC, EDM hoặc máy mài để hiệu chỉnh.

Đây là một nguyên tắc quan trọng trong chế tạo khuôn: không nên dùng quá trình lắp ráp để “bù” cho sai số gia công quá lớn.

12. Lắp ráp bộ khuôn

Sau khi các chi tiết đạt yêu cầu, bộ khuôn được tiến hành lắp ráp. Trình tự thường bắt đầu từ tấm khuôn dưới, lắp cối và insert, sau đó lắp hệ thống dẫn hướng, tấm stripper, chày và cụm khuôn trên.

Trong quá trình này phải kiểm tra chuyển động của chốt và bạc dẫn hướng, sự đồng tâm giữa chày và cối, khe hở làm việc, lực lò xo cũng như khả năng thoát phế.

Bộ khuôn phải đóng mở nhẹ, không có hiện tượng kẹt hoặc lệch. Nếu phát hiện chày tiếp xúc cối không đều, cần tháo ra kiểm tra nguyên nhân thay vì cố chạy thử, bởi điều này có thể gây mẻ chày hoặc hỏng cối ngay từ những lần dập đầu tiên.

13. Lắp khuôn lên máy đột dập và chạy thử

Sau khi lắp ráp hoàn chỉnh, khuôn được đưa lên máy đột dập để chạy thử. Ban đầu nên thực hiện ở tốc độ thấp, kiểm tra từng chu kỳ và quan sát trạng thái sản phẩm.

Các yếu tố cần đánh giá gồm kích thước sản phẩm, ba via, hình dạng mép cắt, độ sâu tạo hình, góc uốn, độ hồi vật liệu, khả năng thoát sản phẩm và khả năng thoát phế.

Nếu sản phẩm không đạt, khuôn sẽ được tháo xuống và hiệu chỉnh. Tùy nguyên nhân, kỹ thuật viên có thể mài lại punch, chỉnh cối, thay đổi stripper, sửa bán kính tạo hình hoặc điều chỉnh khe hở.

Quá trình này có thể lặp lại nhiều lần. Vì vậy một xưởng khuôn thực tế không hoạt động theo đường thẳng mà theo chu trình: gia công → lắp ráp → thử khuôn → kiểm tra → hiệu chỉnh → thử lại.

14. Hoàn thiện khuôn và đưa vào sản xuất

Khi khuôn đã tạo ra sản phẩm ổn định, các thông số cuối cùng được ghi nhận để làm cơ sở cho bảo dưỡng sau này. Các bề mặt không làm việc có thể được xử lý chống gỉ, các chi tiết dẫn hướng được bôi trơn và khuôn được đánh số để quản lý.

Sau đó khuôn được đưa vào sản xuất chính thức trên máy dập. Trong quá trình sử dụng, chày, cối và các chi tiết dẫn hướng vẫn cần được kiểm tra định kỳ. Khi mép cắt bị mòn, khuôn có thể được tháo xuống để mài lại và hiệu chỉnh.

Điểm đáng chú ý là một xưởng có đầy đủ VMC, EDM và máy mài phẳng sẽ chủ động hơn rất nhiều trong việc bảo trì khuôn, bởi hầu hết các chi tiết mòn có thể được sửa chữa hoặc chế tạo lại ngay tại xưởng.

Dây chuyền máy phù hợp cho xưởng gia công khuôn đột dập

Nếu xây dựng một dây chuyền có tính thực tế và tối ưu chi phí, cấu hình nên tập trung vào các máy thực sự tạo giá trị trong quá trình làm khuôn. Trung tâm gia công CNC VMC đóng vai trò gia công chính; máy cắt dây EDM đảm nhiệm chày, cối và các biên dạng đặc biệt; máy mài phẳng YSD hoàn thiện mặt chuẩn và kích thước sau nhiệt luyện; máy khoan cần và máy phay vạn năng hỗ trợ các nguyên công phụ; cuối dây chuyền là máy đột dập dùng để chạy thử và sản xuất.

Đối với xưởng vừa và nhỏ, có thể bắt đầu với VMC850 hoặc VMC855 kết hợp một máy cắt dây, một máy mài YSD-450PLC hoặc YSD-520PLC và các máy phụ trợ. Với khuôn lớn hơn, VMC1160, VMC1580 hoặc trung tâm gia công cổng trục sẽ phù hợp hơn, đồng thời máy mài cũng phải tăng kích thước bàn tương ứng.

Điểm quan trọng không nằm ở việc đầu tư thật nhiều thiết bị mà ở việc xây dựng đúng chuỗi công nghệ. CNC phải đảm nhiệm phần tạo hình chính xác, EDM xử lý những biên dạng khó, máy mài kiểm soát kích thước cuối cùng và máy dập xác nhận chất lượng thực tế của bộ khuôn. Khi các công đoạn này được liên kết đúng cách, doanh nghiệp có thể hình thành một dây chuyền chế tạo khuôn tương đối khép kín, giảm phụ thuộc vào gia công thuê ngoài và chủ động hơn trong sửa chữa, bảo trì cũng như phát triển khuôn mới.

Với danh mục trung tâm gia công CNC, máy cắt dây EDM, máy mài phẳng YSD, máy khoan, máy phay và máy đột dập, Cường Thịnh có thể xây dựng cấu hình thiết bị theo từng loại khuôn, kích thước chi tiết, sản lượng và ngân sách đầu tư của doanh nghiệp, thay vì sử dụng một cấu hình cố định cho mọi xưởng sản xuất.