Dập kim loại: Quy trình, các loại máy ép và hướng dẫn vận hành

Quy trình dập công nghiệp có nguồn gốc từ thế kỷ 18. Tuy nhiên, các hệ thống dập đơn giản hơn đã xuất hiện từ thế kỷ thứ 7 trước Công nguyên khi người Lydia sử dụng nó để dập tiền xu.

Các quy trình dập kim loại hiện đại ngày nay thực sự là một kỳ tích kỹ thuật, đòi hỏi kiến ​​thức sâu rộng về vật lý, kỹ thuật chính xác, cơ khí máy dập và khoa học vật liệu. Chúng tạo ra các chi tiết phức tạp với dung sai rất nhỏ đồng thời tránh được các khuyết tật như nứt và nhăn. Trong bài viết này, chúng ta sẽ cung cấp tổng quan về dập kim loại tấm và các hoạt động liên quan.

Dập tấm kim loại là gì?

Dập khuôn là một quy trình gia công kim loại tấm tạo ra các chi tiết từ tấm kim loại phẳng bằng cách dập hoặc ép chúng trong khuôn. Khuôn dập là khối thép chứa hình dạng ngược của hình cần tạo. Nó có hai nửa (dưới và trên), được lắp ráp trong máy ép. Máy ép được vận hành bởi một bánh đà, thường nhận năng lượng từ một động cơ điện.

Dập khuôn thường được thực hiện trên tấm kim loại nguội và là một thuật ngữ chung bao gồm nhiều thao tác khác nhau như cắt phôi, dập nổi, kéo sợi, tạo gờ, uốn cong, v.v. Đây là giải pháp nhanh chóng và tiết kiệm chi phí cho nhu cầu sản xuất số lượng lớn. Sản phẩm hoàn thiện thường được gọi là các sản phẩm dập khuôn kim loại.

Dập tấm kim loại là một phương pháp đáng tin cậy để tạo ra các chi tiết kim loại tấm cho nhiều ứng dụng và độ phức tạp khác nhau. Nó có thể là một giai đoạn hoặc nhiều giai đoạn. Trong dập một giai đoạn , khuôn thực hiện một thao tác chính trên mỗi lần dập. Mặc dù thường được sử dụng cho các chi tiết đơn giản, lớn, nhưng nó cũng có khả năng tạo ra các hình dạng cực kỳ phức tạp với độ chính xác cao.

Ngược lại, dập nhiều giai đoạn có thể tạo ra các bộ phận phức tạp với tốc độ cao bằng cách kết hợp nhiều thao tác trong một lần dập. Các bộ phận bằng kim loại tấm như giá đỡ ô tô , giá đỡ động cơ điện và tấm chắn nhiệt động cơ thường được sản xuất bằng phương pháp dập nhiều giai đoạn.

Chúng bắt đầu từ một cuộn kim loại và kết thúc bằng các công đoạn như đột dập, uốn, kéo và cắt ở các vị trí khác nhau trong cùng một chu trình, tạo thành các chi tiết kim loại hoàn chỉnh. Khuôn được sử dụng trong quy trình này được gọi là khuôn dập liên tục, vì nó liên tục đột dập và tạo hình các chi tiết cho đến khi chi tiết hoàn chỉnh rơi ra ở cuối.

Chi tiết được giữ kết nối với cuộn kim loại tấm thông qua các điểm gọi là điểm đỡ. Chúng giúp chi tiết di chuyển chính xác đồng thời duy trì vị trí chuẩn xác.

Loại khuôn dập thứ hai liên quan đến việc cắt các chi tiết rời và chuyển chúng giữa các trạm. Khi một chi tiết được tách ra khỏi dải vật liệu và được tạo hình liên tục, quá trình này được gọi là dập khuôn chuyển tiếp.

Các loại máy dập

Máy dập cung cấp năng lượng cho quá trình dập. Lượng năng lượng cần thiết phụ thuộc vào nhiều yếu tố như loại thao tác, độ phức tạp của chi tiết, tốc độ xử lý, tình trạng dụng cụ và các đặc tính vật liệu như độ bền, độ dày và mác thép.

Dĩ nhiên, độ dày càng lớn và độ phức tạp của chi tiết càng cao thì lực ép càng lớn. Máy ép 250 tấn có nghĩa là nó có thể ép tấm kim loại với lực nén 250 tấn (khoảng 500.000 pound hoặc 2224 kN). Ba loại máy ép chính được sử dụng trong ngành công nghiệp hiện nay là:

• Máy ép cơ khí
• Máy ép thủy lực
• Máy ép servo

Máy ép cơ khí

Máy ép cơ khí là loại máy ép thô sơ nhất có thể sử dụng được hàng chục năm. Nó có một hệ thống đơn giản bao gồm một bánh đà dẫn động bằng động cơ điện, có chức năng lưu trữ và truyền năng lượng đến máy ép để thực hiện thao tác dập.

Ưu điểm chính

• Vận hành đơn giản: Việc không có cơ chế phức tạp đồng nghĩa với việc ít hỏng hóc và ít cần bảo trì hơn.
• Độ bền cao: Bản chất chắc chắn cho phép chúng hoạt động đáng tin cậy trong nhiều thập kỷ với mức giảm hiệu suất tối thiểu.
• Thích hợp cho sản xuất tốc độ cao, khối lượng lớn: Máy ép cơ khí có thể được tích hợp với các hệ thống sản xuất hàng loạt và hệ thống cấp liệu tự động để đạt được tốc độ sản xuất cao.
• Độ ổn định cao: Sản phẩm mang lại chất lượng linh kiện nhất quán trong mọi loại thiết lập sản xuất, đồng thời giảm thiểu phế phẩm.

Máy ép thủy lực

Máy ép thủy lực sử dụng định luật Pascal để nhân lực và tạo áp suất lên tấm kim loại trong quá trình dập. Định luật Pascal phát biểu rằng áp suất tác dụng lên chất lỏng không nén được trong không gian kín sẽ được truyền đều theo mọi hướng bởi chất lỏng đó. Áp suất thủy lực này được sử dụng để vận hành máy ép bằng cách điều chỉnh áp suất bơm và các van.

Ưu điểm chính

• Phân bổ áp suất và lực đồng đều: Không giống như máy ép cơ khí, máy ép này có thể tạo ra công suất cực đại ở bất kỳ điểm nào trong hành trình.
• Khả năng chịu tải cao: Máy ép thủy lực có thể tạo ra lực cực lớn, lý tưởng cho các ứng dụng đòi hỏi cao. Các máy ép thủy lực chuyên dụng có thể đạt đến 80.000 tấn, trong khi máy ép cơ khí và máy ép servo có thể đạt đến 6000 tấn và 2500 tấn tương ứng.

Máy ép servo

Máy ép servo đại diện cho những tiến bộ mới nhất trong công nghệ máy ép dập kim loại. Máy ép cơ khí chỉ có thể hoạt động với biên dạng hành trình cố định. Tuy nhiên, với máy ép servo, chúng ta có thể điều khiển kỹ thuật số tốc độ pít tông, lực ép, chuyển động ép và vị trí . Nhiều máy ép có thể được nhóm lại để hoạt động song song hoặc theo dây chuyền robot nhằm đáp ứng các yêu cầu cụ thể.

Việc kiểm soát này rất quan trọng để tạo ra các hình dạng có độ chính xác cao, ví dụ như những hình dạng yêu cầu thao tác dập sâu. Bằng cách giảm tốc độ trong giai đoạn dập sâu, khả năng rách giấy được giảm thiểu, một lỗi thường gặp trong thao tác này.

Máy ép servo sử dụng động cơ để trực tiếp cấp năng lượng cho pít tông thay vì bánh đà ở giữa. Chúng cũng có độ chính xác, độ lặp lại và công suất tốt hơn so với máy ép cơ khí.

Ưu điểm chính

• Khả năng điều khiển vượt trội: Máy ép servo cho phép chúng ta kiểm soát chặt chẽ nhiều thông số quy trình sản xuất. Ví dụ, chúng có thể liên tục theo dõi một vị trí duy nhất với độ chính xác lặp lại trong vòng 10 micron trong quá trình sản xuất liên tục.
• Hiệu quả năng lượng: Máy ép servo chỉ tiêu thụ năng lượng trong suốt quá trình hoạt động của hành trình, không giống như các loại máy ép khác hoạt động với tải trọng trong suốt vòng quay của bánh đà. Điều này giúp giảm tổng lượng tiêu thụ năng lượng và làm cho máy ép servo trở thành một lựa chọn bền vững hơn.
• Chất lượng sản phẩm cao hơn: Tốc độ biến đổi (vào nhanh, tạo hình chậm và ra chậm) giảm thiểu khả năng xảy ra các khuyết tật như đàn hồi ngược, nhăn, ứng suất bên trong và rách. Điều này mang lại cho các nhà sản xuất lợi thế về chất lượng sản phẩm với các cạnh sắc nét hơn, khả năng kéo sợi được cải thiện và các sản phẩm đạt chất lượng tốt đồng nhất.
• Những lợi ích đáng chú ý khác bao gồm hoạt động êm hơn, giảm hao mòn dụng cụ, tính linh hoạt và năng suất cao hơn.

Các hoạt động dập kim loại

Các thao tác dập kim loại là những cách khác nhau mà khuôn dập tương tác với tấm kim loại để thay đổi hình dạng và độ dày của nó. Một số thao tác phổ biến được sử dụng trong dập kim loại là cắt, uốn, gấp mép, kéo giãn, kéo sợi và dập nổi. Trong phần này, chúng ta sẽ mô tả một số thao tác này và thảo luận về việc sử dụng chúng trong ngành công nghiệp.

Cần phải thiết lập một trình tự các thao tác thích hợp để đảm bảo đạt được hình dạng cuối cùng của chi tiết trong số bước tối thiểu đồng thời tiêu thụ ít năng lượng nhất.

Cắt

Công đoạn cắt đề cập đến việc tách kim loại khỏi cuộn hoặc khỏi khối vật liệu thô để tạo hình sản phẩm. Đây thường là một trong những bước đầu tiên, nhưng cũng có những phương pháp (dập khuôn liên tục) mà kim loại được cắt khỏi cuộn kim loại ở bước cuối cùng.

Gia công cắt cũng bao gồm các thao tác tương tự khác như đột lỗ, dập phôi và cắt tỉa . Đột lỗ (hay còn gọi là đục lỗ) là quá trình cắt các lỗ trên tấm kim loại. Nó được sử dụng rộng rãi trong các bộ phận dập để tạo ra các lỗ cần thiết. Ví dụ, khi thiết kế tấm chắn nhiệt của động cơ, một lỗ được cắt để luồn dây đánh lửa đến đầu xi lanh động cơ.

Gia công cắt phôi (blanking) là quá trình tạo ra đường viền của chi tiết từ tấm kim loại, sau đó sẽ được gia công tuần tự để đạt được hình dạng cuối cùng của chi tiết. Hãy tưởng tượng một hộp bìa cứng được mở hoàn toàn, sau đó có thể gấp lại để tạo thành hình dạng của hộp bìa cứng. Mảnh ban đầu này được gọi là phôi (blank), và thao tác dập tạo ra mảnh này được gọi là gia công cắt phôi (blanking).

Cắt gọt thường là một công đoạn sau đó, loại bỏ phần vật liệu thừa khỏi chi tiết đã được tạo hình. Đây là một công đoạn thiết yếu trong việc tạo ra chi tiết chất lượng cao vì nó làm mịn chu vi bằng cách cải thiện chất lượng cạnh và cũng đưa chi tiết vào phạm vi dung sai kích thước theo thiết kế. Cắt gọt thường được thực hiện sau các công đoạn như dập sâu, tạo hình kéo giãn, uốn và tạo gờ.

Uốn cong

Uốn tấm kim loại là một công đoạn không thể thiếu trong quá trình dập, cho phép chúng ta tạo ra các hình dạng 3D từ một tấm kim loại 2D. Trong quá trình này, vật liệu được uốn cong đến góc độ mong muốn bằng cách giữ nó giữa hai đầu khuôn. Một phần được kẹp chặt trong khi phần còn lại được uốn cong theo yêu cầu để đạt được hình dạng của chi tiết.

Thao tác uốn có thể tạo ra góc tròn hoặc góc thẳng cho chi tiết. Nó cũng có thể tạo ra các đặc điểm như gờ và rãnh. Một ứng dụng phổ biến của thao tác uốn là tạo ra các giá đỡ, thanh đỡ và các yếu tố kết cấu khác.

Giãn cơ

Quá trình kéo giãn làm giãn hoặc kéo dài một chi tiết bằng cách ép nó trong khuôn. Tấm kim loại sẽ uốn cong theo hình dạng của khuôn bằng cách chảy ra ngoài. Hãy tưởng tượng bạn đang bóp một quả bóng đất sét giữa hai lòng bàn tay. Việc bóp làm giảm độ dày trong khi tăng chiều dài và chiều rộng của đất sét. Kéo giãn thường được ưa chuộng để tạo ra các bộ phận thân xe nhẵn mịn, chẳng hạn như các bề mặt loại A.

Vẽ

Trong quá trình dập định hình, tấm kim loại được đẩy bằng chày vào khoang khuôn để tạo ra các hình dạng rỗng như cốc và vỏ sò. Nếu độ sâu dập nhỏ hơn đường kính, nó được gọi là dập nông, ngược lại, nó được gọi là dập sâu.

Quá trình kéo giãn thường được sử dụng để tạo ra các chi tiết rỗng trong các bộ phận dập. Một lượng kéo giãn nhất định có xảy ra trong quá trình kéo giãn. Tuy nhiên, không giống như kéo giãn, nơi vật liệu chảy ra ngoài, trong quá trình kéo giãn, vật liệu chảy vào trong từ khu vực mặt bích. Một ví dụ phổ biến về sản phẩm được tạo ra bằng phương pháp kéo giãn là lon nước ngọt.

Dập nổi và dập chìm

Dập nổi/dập chìm là quá trình làm nổi/hạ thấp một họa tiết trên tấm kim loại nền khi cần thiết. Các họa tiết nổi hoặc chìm này có thể phục vụ mục đích chức năng hoặc thẩm mỹ. Ứng dụng chức năng của dập nổi/dập chìm bao gồm việc thêm văn bản ghi số lô và ngày sản xuất vào chi tiết. Lý do thẩm mỹ là để tạo cho chi tiết vẻ ngoài và cảm giác cao cấp hơn thông qua việc thêm chiều sâu hoặc kết cấu bề mặt.

Mặt bích

Uốn mép (flanging) là một thao tác gia công kim loại tấm, trong đó các cạnh của tấm kim loại hoặc lỗ được uốn cong lên 90 độ để tạo thành mép. Việc uốn có thể được thực hiện dọc theo trục thẳng hoặc trục cong. Uốn mép phục vụ ba mục đích chính: tính thẩm mỹ, gia cường kết cấu và tạo điều kiện thuận lợi cho việc lắp ráp. Mép nhô lên (mép) làm tăng độ cứng cho chi tiết đồng thời cung cấp bề mặt để bắt bu lông/hàn, hỗ trợ quá trình lắp ráp.

Công đoạn tạo gờ cần có khuôn tạo gờ. Khuôn này bao gồm một chày và một khuôn dưới để định hình kim loại. Khuôn dưới kiểm soát sự kéo giãn và phân bố kim loại, đạt được bán kính uốn và góc gờ chính xác.

Quá trình dập kim loại bao gồm hai loại gia công gờ: gia công gờ giãn và gia công gờ co. Trong gia công gờ giãn, vật liệu giãn ra dẫn đến làm mỏng chi tiết, trong khi gia công gờ co làm dày chi tiết. Gia công gờ có thể được tích hợp vào hệ thống dập khuôn liên tục như một quy trình độc lập hoặc là bước chuẩn bị cho thao tác uốn mép.

May viền

Thao tác gấp mép bao gồm việc uốn cong mép tấm kim loại lên chính nó để tạo ra một mép nhẵn. Không giống như việc uốn mép tạo ra góc 90 độ, thao tác gấp mép tạo ra góc 180 độ. Có hai loại gấp mép dập chính: loại kín, trong đó mép gấp nằm phẳng trên bề mặt, và loại hở, trong đó có một khoảng không giữa mép gấp và vật liệu nền.

Việc may viền thường được sử dụng trong ngành công nghiệp để tăng tính thẩm mỹ (che giấu các cạnh thô/tạo các cạnh mịn), cải thiện an toàn (các cạnh mỏng là mối nguy hiểm về an toàn), tăng cường độ bền (khả năng chống rách, cong vênh, uốn cong, nứt vỡ, v.v. tốt hơn) và để nối không cần ốc vít.

Ưu điểm của quy trình dập

Công nghệ dập hiện đại là một lợi thế tuyệt vời cho ngành công nghiệp sản xuất. Nó cung cấp một phương pháp tiết kiệm chi phí để tạo ra các bộ phận chất lượng cao, đồng nhất cho các dây chuyền sản xuất lớn . Dập cũng có tỷ lệ hao phí rất thấp, giảm yêu cầu về nhân công và quy trình làm việc có khả năng tự động hóa cao. Dưới đây là mô tả ngắn gọn về những ưu điểm chính mà công nghệ dập mang lại.

✅ Hiệu quả về chi phí: Dập khuôn mang lại một trong những chi phí trên mỗi sản phẩm thấp nhất nhờ tỷ lệ hao phí thấp, tiềm năng tự động hóa cao và giảm nhu cầu nhân công. Việc sản xuất sản phẩm chất lượng ổn định cũng giúp giảm tỷ lệ sản phẩm lỗi. Các công đoạn gia công tiếp theo, chẳng hạn như xử lý nhiệt , cũng tiết kiệm chi phí hơn khi sử dụng phương pháp dập khuôn so với các kỹ thuật sản xuất truyền thống.

✅ Sản xuất tốc độ cao: Khả năng sản xuất các bộ phận nhanh chóng và đáng tin cậy thông qua tự động hóa và các quy trình được thiết kế tốt khiến công nghệ dập khuôn trở thành lựa chọn lý tưởng cho nhu cầu sản xuất tốc độ cao. Dập khuôn có thể đáp ứng tiến độ sản xuất hàng loạt hoặc giảm đáng kể thời gian đưa sản phẩm ra thị trường.

✅ Giảm thiểu lãng phí vật liệu:  Các quy trình dập có khả năng tận dụng vật liệu cao. Đối với các vật liệu thông thường, tỷ lệ sử dụng vật liệu đạt 75-80% có thể dễ dàng đạt được. Các quy trình được tối ưu hóa cao có thể đạt hiệu quả sử dụng vật liệu lên đến 95%.

Tỷ lệ phần trăm đề cập đến trọng lượng của sản phẩm hoàn thành so với trọng lượng nguyên liệu thô. Phần vật liệu bị hao phí là phế liệu (thường được gọi là chất thải). Chỉ số này cũng được biết đến như là năng suất của một quy trình sản xuất. Dập khuôn có năng suất rất cao so với nhiều quy trình khác.

✅ Tính đa dụng: Quy trình dập tạo ra các sản phẩm cho nhiều ngành công nghiệp khác nhau như hàng không vũ trụ , ô tô, xây dựng , thiết bị y tế và điện tử . Điều này là nhờ khả năng gia công nhiều loại vật liệu khác nhau để tạo ra các bộ phận phức tạp nhưng chính xác cao.

Gia công dập có thể xử lý hầu hết các vật liệu như nhựa, đồng thau, đồng, nhôm, hợp kim, thép không gỉ, thép mềm , thép lò xo, với độ dày từ lá mỏng đến tấm dày. Mặc dù gia công dập thường mang lại lợi nhuận cao khi sản xuất với số lượng lớn, nhưng nó cũng có thể được điều chỉnh để sản xuất theo lô nhỏ hơn.

Công nghệ dập khuôn tích hợp tốt với các quy trình và hệ thống khác, chẳng hạn như CNC và robot, giúp tăng sản lượng và hiệu quả.

Nhược điểm của quy trình dập

Để phát huy hết tiềm năng của quy trình dập khuôn, điều quan trọng là phải hiểu rõ những hạn chế của nó. Một số hạn chế đó được đề cập dưới đây.

❌ Chi phí đầu tư ban đầu cao: Dập khuôn đòi hỏi chi phí đầu tư ban đầu đáng kể để bắt đầu sản xuất. Thiết kế, sửa đổi và bảo trì khuôn dập rất tốn kém ngay cả khi được thực hiện bởi các chuyên gia giàu kinh nghiệm.

Nhà sản xuất cần phải hạch toán tất cả chi phí đầu tư và chi phí vận hành, bắt đầu từ khi khách hàng đặt câu hỏi cho đến khi sản phẩm đạt yêu cầu và sẵn sàng để dập khuôn. Tuy nhiên, các công cụ hiện đại như phần mềm mô phỏng dập khuôn có thể giảm bớt một số chi phí vận hành liên quan đến thiết kế, chỉnh sửa và thử nghiệm khuôn mẫu.

❌ Thời gian thực hiện dài: Khi khách hàng liên hệ với chuyên gia dập khuôn, ưu tiên hàng đầu thường là Thiết kế cho Sản xuất (DFM) . Thông thường, một số thay đổi thiết kế là không thể tránh khỏi để làm cho thiết kế thân thiện hơn với quy trình sản xuất, chẳng hạn như loại bỏ các góc nhọn và các chi tiết không cần thiết khác. Ngay cả sau khi chi tiết được hoàn thiện, có thể mất hàng tháng hoặc, trong trường hợp cực đoan, hàng năm để hoàn thiện công cụ, đặc biệt nếu thiết kế thực sự phức tạp.

Khi thiết kế quy trình được thực hiện bằng phương pháp truyền thống mà không sử dụng mô phỏng, khuôn dập phải trải qua nhiều vòng thử nghiệm, trong đó chúng được kiểm tra lặp đi lặp lại sau khi thực hiện các điều chỉnh nhỏ để sản xuất ra sản phẩm cuối cùng một cách chính xác. Mỗi vòng thử nghiệm có thể kéo dài từ vài tuần đến vài tháng, tùy thuộc vào độ phức tạp của sản phẩm. Do đó, thời gian sản xuất các sản phẩm dập có thể dài hơn đáng kể.

❌ Mối quan ngại về an toàn:  Mặc dù an toàn lao động đã được cải thiện rất nhiều, việc dập khuôn vẫn tiềm ẩn nguy cơ mảnh vụn và gờ sắc nhọn bay ra , đòi hỏi một văn hóa an toàn nghiêm ngặt. Việc thực hiện đúng các quy định an toàn là điều không thể thiếu. Các cơ chế tự động dừng dựa trên màn chắn laser cũng được sử dụng để ngăn ngừa các thương tích do kẹp hoặc nghiền.

❌ Máy móc dễ bị hao mòn:  Cũng như mọi loại máy móc khác, máy dập và khuôn dập dễ bị hao mòn và cần được bảo trì kịp thời để hoạt động trơn tru và hiệu quả. Khuôn dập cũng mất độ chính xác khi sử dụng và có thể cần phải loại bỏ khi bị mòn vượt quá giới hạn cho phép. Tuy nhiên, điều này có thể tránh được bằng cách sử dụng các miếng chèn kim loại khi thích hợp. Các miếng chèn kim loại này sẽ bị mòn thay vì khuôn dập và có thể được thay thế bằng các miếng mới.

Bằng phương pháp này, khuôn dập có thể sử dụng được trong nhiều thập kỷ.

❌ Yêu cầu kỹ năng cao:  Ngay cả những bộ phận tưởng chừng đơn giản, như tấm ngăn cách pin phẳng, cũng dễ bị lỗi như đàn hồi ngược, mỏng đi, nhăn và nứt. Do đó, các quy trình dập hiện đại cần một đội ngũ có tay nghề cao để thiết kế, triển khai và giám sát quy trình tại xưởng sản xuất. Việc tích hợp tự động hóa càng làm tăng thêm nhu cầu về lao động lành nghề để thiết lập và vận hành trơn tru.

Tìm thiết bị, vật tư đánh bóng ở đâu uy tín, chất lượng

Hiện nay thiết bị, vật tư đánh bóng được phân phối với nhiều nhà sản xuất và giá cả khác nhau. Nếu bạn cần tìm mua cho mình thiết bị, vật tư đánh bóng hãy liên hệ với chúng tôi theo thông tin bên dưới để nhận được ưu đãi tốt nhất cũng như được tư vấn bởi những kỹ sư đánh bóng của chúng tôi:

Công Ty TNHH Đầu Tư Phát Triển Cuộc Sống

Địa chỉ: 487 Cộng Hòa, Phường 15, Quận Tân Bình, TPHCM, Việt Nam

Điện thoại: 028 3977 8269 / 028 3601 6797

Di động: 0906 988 447

Email: sales@lidinco.com

Xem thêm: Nguyên lý máy làm sạch siêu âm, cấu tạo, ứng dụng và kinh nghiệm chọn mua