Trong công nghiệp hiện đại, việc sản xuất các sản phẩm với độ chính xác cao và đồng đều vô cùng quan trọng. Để đáp ứng nhu cầu này, khuôn mẫu cùng với quá trình gia công khuôn mẫu CNC đóng một vai trò không thể thiếu. Đây không chỉ là công cụ giúp tạo ra hàng loạt sản phẩm giống nhau mà còn là minh chứng cho sự tiến bộ không ngừng của công nghệ cơ khí. Trong bài viết này, hãy cùng ATC Machinery khám phá khuôn mẫu và quá trình gia công khuôn mẫu CNC, đồng thời hiểu rõ hơn về ứng dụng và những lợi ích mà chúng mang lại.

Khuôn mẫu là gì?

Khuôn mẫu chính là trung tâm của công nghệ ép phun, nó được gia công tạo hình dựa trên hình dạng sản phẩm mong muốn. Sản phẩm ép phun được định hình dạng nhờ cấu tạo và hình dạng của lòng khuôn (còn được gọi là lõi khuôn hay cuốc khuôn).

Khuôn mẫu gồm có 2 bộ phận chính là khuôn đực và khuôn cái. Người ta chia khuôn thành 2 phần đó là: phần cố định khuôn và phần di động khuôn.

Các loại khuôn mẫu phổ biến hiện nay

Các loại khuôn mẫu được sử dụng phổ biến hiện nay phải kể đến:

Khuôn đúc cát

Khuôn đúc cát là công cụ dùng để tạo hình các vật thể từ chất lỏng thành dạng khối bằng việc rót vật liệu nóng chảy vào khuôn. Phương pháp này được sử dụng nhiều trong lĩnh vực chế tạo máy móc và phương tiện vận tải. Các sản phẩm gồm thân động cơ, bộ phận phân phối, bánh xe, ống xả, thậm chí là tượng nhỏ, được làm từ các loại kim loại thép, đồng, nhôm.

Khuôn đúc áp lực

Đúc áp lực là phương pháp tạo ra sản phẩm bằng cách rót kim loại nóng vào khuôn và đông đặc dưới tác dụng của áp lực cao.

Phương pháp khuôn đúc áp lực chủ yếu áp dụng để sản xuất các chi tiết phức tạp như van dẫn khí, kèn đồng, bộ phận động cơ, các sản phẩm chính xác. Nguyên liệu thường sử dụng gồm kẽm, chì, nhôm, đồng.

Khuôn rèn dập

Khuôn rèn dập là quá trình tạo hình sản phẩm bằng cách dập vật liệu trong khuôn. Phương pháp này tạo ra các sản phẩm như trục khuỷu, khớp nối, tay biên,… Nó được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực sản xuất máy bay, ô tô, thiết bị xây dựng, sản phẩm gia đình, máy nông nghiệp, sản phẩm điện tử,…

Khuôn dập định hình

Khuôn dập định hình là loại khuôn tạo ra sản phẩm bằng cách dập tấm kim loại vào khuôn. Chúng được sử dụng nhiều trong công nghiệp, sản xuất chi tiết kim loại trong máy bay, ô tô, đồ gia đình, thiết bị điện, điện tử, sản phẩm tiêu dùng, sản phẩm y tế, thiết bị quân sự, khung và cánh cửa, vành xe thép, ca cốc, khay nhôm,…

Gia công khuôn mẫu CNC là gì?

Gia công khuôn mẫu CNC là phương pháp gia công cơ khí bằng máy móc ứng dụng công nghệ hiện đại CNC. Với công nghệ này sản phẩm tạo ra đạt độ chính xác cao với tốc độ làm việc rất nhanh chóng.

Trong gia công khuôn mẫu CNC, máy móc sẽ tạo ra chi tiết bằng việc loại bỏ vật liệu khỏi 1 khối rắn dựa trên mô hình CAD. CNC sẽ cho ra đời các bộ phận có dung sai rất chặt chẽ và tính chất vật liệu hoàn hảo và độ lặp lại cao, góp phần tối ưu chi phí khi sản xuất.

Các phương pháp gia công khuôn mẫu CNC

Các phương pháp gia công khuôn mẫu CNC hiện nay đang được sử dụng phổ biến gồm:

Phay CNC

Sử dụng phay CNC để hoàn thiện bề mặt đã gia công trên nhựa hoặc kim loại cấp kỹ thuật hoặc tạo các hình dạng 3D phức tạp. Phương pháp phay CNC sử dụng các trung tâm gia công khuôn mẫu CNC có độ chính xác cao với công cụ thay đổi nhanh chóng.

Trong gia công phay CNC, chi tiết được gắn trên bàn máy và vật liệu được loại bỏ bằng công cụ cắt chuyển động quay. Phần dao cắt có thể di chuyển theo đường thẳng, lên xuống, ngang dọc, đường tròn hoặc di chuyển trong không gian 3D làm đa dạng khả năng gia công.

Tiện CNC

Tiện CNC là quá trình sản xuất, trong đó các thành phần hoặc thanh vật liệu được giữ trong mâm cặp và quay. Một công cụ cắt loại bỏ vật liệu để tạo ra hình dạng như mong muốn. Công cụ cắt được điều khiển bởi máy tính, cho phép thực hiện các quy trình chính xác và có thể lặp lại.

Máy tiện CNC gia công khuôn mẫu theo các mặt trụ tròn xoay. Ứng dụng gia công ren ngoài, ren trong, cắt bậc, cắt mặt, tiện trong, tiện ngoài,…

Cắt dây tia lửa điện

Cắt dây tia lửa điện là phương pháp gia công có độ chính xác cao để cắt các vật liệu dẫn điện. Các máy gia công tia lửa điện được dùng để gia công khuôn mẫu và sản phẩm cơ khí cần độ chính xác cao, hình dạng khó và độ cứng cao mà khi gia công bằng những công cụ thông thường không hiệu quả hoặc không thể đáp ứng được. Máy cắt dây có thể gia công nhiều dạng bề mặt khác nhau với độ chính xác cao gần như tuyệt đối.

Gia công bằng tia Laser

Gia công bằng Laser là quá trình xử lý nhiệt và tia Laser được dùng làm nóng chảy vật liệu. Máy cắt tia Laser là loại máy cắt bằng tia sáng hoạt động theo chế độ xung.

Phương pháp gia công bằng tia Laser bao gồm 2 loại: Cắt Laser CO2 và cắt Laser Fiber.

Ngoài ra, gia công khuôn mẫu CNC còn sử dụng các phương pháp gia công plasma, gia công khí,… sử dụng nhiệt để cắt phôi qua các máy công cụ CNC. Tùy nhu cầu sử dụng và định hướng phát triển kinh doanh, doanh nghiệp có thể lựa chọn phương pháp gia công khuôn mẫu CNC tùy theo tính năng, chất lượng và giá cả phù hợp.

Quy trình gia công khuôn mẫu CNC bao nhiêu bước?

Quy trình gia công khuôn mẫu CNC

Việc gia công khuôn mẫu CNC cần trải qua quy trình với nhiều bước sau đây:

Sử dụng phần mềm CAD để thiết kế

Thiết kế sản phẩm:

Sản phẩm thiết kế có thể là tự thiết kế hoặc do khách hàng đưa đến, CAD được dùng để thực hiện các công việc sau:

Thiết kế biên dạng và hình dáng hình học của sản phẩm bằng các mô phỏng 3D.
Phân tích kỹ thuật sản phẩm, chi tiết (điều kiện góc bo, góc thoát khuôn, bề dày,…)
Xuất bản vẽ kỹ thuật.

Thiết kế khuôn:

Công việc và các số liệu đặt hàng: Thiết kế từng phần, số lượng và vật liệu sản phẩm.
Số liệu về máy phun nhựa: Áp lực phun, lực kẹp, dung tích nhựa và kích thước các tấm gá.
Loại khuôn.
Độ co rút: Xác định tính chất vật liệu và độ dày thành.
Vật liệu khuôn: Loại vật liệu của từng chi tiết và độ cứng.
Lòng khuôn và phần lồi (khuôn âm – dương): Liền khối hoặc lắp ghép.
Bố trí các lòng khuôn: Số lòng khuôn, sự bố trí và vị trí.
Tiết diện của kênh dẫn: Tròn, bán nguyệt, hình thang và kênh dẫn nhựa nóng.
Hệ thống miệng phun: Màng, vòng, đường phun, định vị miệng phun, chốt tàu ngầm,…
Hệ thống tháo khuôn: Chốt đẩy, vòng đẩy, tấm đẩy.
Dẫn hướng và định tấm: Định vị bằng côn, chốt vòng định vị, trụ dẫn.
Thiết kế, bố trí hệ thống thoát khí.
Xuất bản vẽ hoặc file thiết kế.

Sử dụng phần mềm CAE để mô phỏng quá trình gia công

CAE (Computer Aided Engineering) chính là sử dụng phần mềm máy tính để mô phỏng, thử nghiệm tính công nghệ và đặc tính sản phẩm sau khi thiết kế. CAE mang lại lợi ích cho việc gia công và sản xuất về sau. Nó cho phép người thiết kế và chế tạo khuôn rút ngắn được thời gian thiết kế và chi phí trong việc sản xuất khuôn.

Mục đích sử dụng CAE:

Phân tích dòng chảy của nhựa lỏng (quá trình điền đẩy của nhựa vào trong lòng khuôn). Phân tích quá trình đông đặc và định hình sản phẩm trong lòng khuôn.
Tính toán trạng thái điền đầy và tản nhiệt để biết được những khuyết tật của sản phẩm.
Dựa vào công việc trên chúng ta có thể xác định vị trí cổng phun hợp lý. Chính vì thế, ứng dụng phân tích CAE vào quá trình này để tối ưu hóa việc thiết kế bằng các mô phỏng và tính toán.
Sau khi tìm vị trí cổng vào nhựa (gate location), kênh dẫn, hệ thống làm nguội hoàn tất và tiếp tục thiết kế hệ thống thoát khí bằng các phần mềm CAE.
Nhờ phân tích CAE các bước thiết kế trên, chúng ta có thể giảm tối đa hao phí khi chế tạo khuôn cũng như xác suất hư hỏng được giảm xuống nhỏ nhất nhờ vào việc phân tích và mô phỏng.
Dựa vào các công việc trên giúp xác định được vị trí cổng phun hợp lý.

Sử dụng phần mềm CAM để lập trình gia công tự động

CAM chính là công nghệ sản xuất dưới sự hỗ trợ của máy tính. Quá trình sản xuất chế tạo được quản lý và điều khiển bằng hệ thống máy tính.

CAM thực hiện các nhiệm vụ sau:

Lập quy trình chế tạo khuôn từ sản phẩm.
Phân tích các khoản chi phí trong quá trình chế tạo.
Lựa chọn vật liệu làm khuôn và vật liệu sản phẩm.
Lựa chọn loại máy và các thông số cần thiết cho việc ép sản phẩm.

Gia công khuôn mẫu trên máy CNC

Gia công CNC là công đoạn dùng máy CNC, dụng cụ cắt thực hiện việc cắt gọt kim loại tạo hình khuôn mẫu theo công nghệ được lập trên CAM.

Đánh bóng và lắp ráp khuôn

Bước 1: Vệ sinh trong và ngoài khuôn. Đặc biệt quan tâm đến giai đoạn đánh bóng lòng khuôn, nếu không được đánh bóng đúng cách có thể xảy ra lỗi trong quá trình chạy thử nghiệm.
Bước 2: Kiểm tra và làm sạch bavia trên linh kiện trước khi lắp ráp khuôn tránh gây trầy xước trên sản phẩm tạo ra.
Bước 3: Tập hợp đầy đủ chi tiết khuôn và bản vẽ chi tiết đó.
Bước 4: Lắp ghép khuôn theo bản vẽ lắp ráp.
Bước 5: Kiểm tra chất lượng của khuôn được lắp ráp hoàn chỉnh và tiến hành chạy thử.

Việc gia công CNC khuôn mẫu hoàn chỉnh từ khuôn cho đến các chi tiết khuôn thường tiêu tốn nhiều thời gian.

Test khuôn (ép thử)

Kiểm tra sản phẩm lần cuối cùng và tiến hành giao hàng nếu đã được yêu cầu.

Ưu nhược điểm của gia công khuôn mẫu bằng máy CNC

Máy CNC hay còn gọi máy công cụ CNC, là loại máy gia công công nghệ cao được điều khiển và vận hành tự động hóa trên phần mềm máy tính. Máy hoạt động để gia công các sản phẩm giống nguyên mẫu trên bản vẽ kỹ thuật 2D hoặc 3D.

Ưu điểm

Máy CNC sở hữu những ưu điểm nổi bật sau đây:

Tạo ra khuôn mẫu có độ chính xác cao, độ lặp lại tốt.
Tự động hóa, không cần điều khiển bằng tay.
Kích thước và hình dạng sản phẩm chính xác, mức dung sai nhỏ.
Gia công nhanh chóng.
Khuôn mẫu thành phẩm đảm bảo tính chất vật lý và sự đồng nhất trong những môi trường khác nhau.
Tối ưu chi phí nhân công.

Nhược điểm

Mặc dù sở hữu nhiều ưu điểm nhưng máy CNC vẫn tồn tại một vài nhược điểm sau:

Bản chất của phương pháp gia công khuôn mẫu CNC là loại bỏ vật liệu trên phôi, 1 số khối hình tốn nhiều chi phí hoặc không thể sản xuất.
Chi phí khởi đầu của gia công CNC cao do đầu tư về máy móc.
Cấu tạo của khuôn mẫu phức tạp, đòi hỏi nhiều chi tiết và yêu cầu độ chính xác lên đến 5 micron. Do đó, việc gia công khuôn mẫu CNC là giải pháp tối ưu vừa đảm bảo chất lượng vừa mang lại hiệu quả kinh tế.

Tham khảo ngay: Các loại máy CNC chính hãng

Ứng dụng của gia công khuôn mẫu

Gia công khuôn mẫu, đặc biệt là gia công khuôn mẫu CNC được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Kỹ thuật này đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra các sản phẩm yêu cầu về tính đồng nhất và chất lượng cao và tiết kiệm chi phí. Ứng dụng của gia công khuôn mẫu CNC có phải kể đến như sản xuất các linh kiện ô tô, điện tử, động cơ và các chi tiết nội thất với độ chính xác cao. Ngày nay, với sự phát triển không ngừng của công nghệ, ứng dụng gia công khuôn mẫu CNC ngày càng trở nên tiên tiền và đa dạng hơn.

Nhìn chung, từ các ngành công nghiệp ô tô, điện tử, y tế đến hàng không và tiêu dùng đều ứng dụng phương pháp gia công khuôn mẫu CNC để nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm mà còn góp phần thúc đẩy sự đổi mới và sáng tạo trong sản xuất.

Trên đây là những thông tin về khuôn mẫu và gia công khuôn mẫu CNC mà ATC Machinery gửi đến bạn tham khảo. Hy vọng bạn cảm thấy hữu ích và tiếp tục theo dõi các chủ đề tiếp theo tại website của chúng tôi.