Khuôn dập gồm hai bộ phận chính — chày (punch) gắn trên đầu trượt máy ép, chuyển động lên xuống, và cối (die) gắn cố định trên bàn máy — ép/cắt tấm kim loại giữa chúng để tạo hình chi tiết. Theo số nguyên công thực hiện trong một hành trình, khuôn dập chia thành khuôn đơn (1 nguyên công), khuôn liên hợp (nhiều nguyên công cùng một vị trí) và khuôn liên tục — progressive die (nhiều nguyên công qua nhiều trạm, phôi dịch chuyển dần).
Nội dung thuộc chuyên trang Khuôn mẫu & đúc của cokhi.net, cụm Khuôn dập — ở góc nguyên lý chung, không tư vấn thiết kế khuôn hay chọn máy dập cho chi tiết cụ thể; khi cần làm khuôn/dập chi tiết thật, liên hệ xưởng khuôn mẫu hoặc xưởng dập chuyên trách.
Chày và cối — hai nửa của khuôn dập
- Chày (punch): phần khuôn gắn trên đầu trượt (slide) của máy ép, chuyển động tịnh tiến lên xuống theo hành trình máy.
- Cối (die): phần khuôn cố định trên bàn máy, có biên dạng lỗ/rãnh tương ứng hình dạng cần tạo ra trên phôi.
Khi đầu trượt đi xuống, chày ép/xuyên qua tấm kim loại đặt trên cối — tùy biên dạng chày-cối và khe hở giữa chúng, tấm kim loại được cắt đứt (nếu khe hở nhỏ, lực tập trung gây đứt vật liệu) hoặc tạo hình (nếu chày-cối có biên dạng cong, ép vật liệu biến dạng dẻo theo hình chày/cối mà không đứt).
Ba nhóm nguyên công dập cơ bản
- Cắt (cutting/blanking/piercing): chày cắt đứt vật liệu theo đường bao kín (blanking — lấy phần bị cắt làm phôi) hoặc tạo lỗ (piercing — lấy phần còn lại làm phôi, phần bị cắt là phế liệu).
- Uốn (bending): chày ép tấm kim loại biến dạng dẻo theo góc/biên dạng cối mà không làm đứt vật liệu.
- Dập vuốt (deep drawing): chày ép phôi tấm phẳng chảy vào lòng cối tạo hình dạng lõm sâu (ví dụ: vỏ lon, chi tiết dạng cốc) — vật liệu bị kéo giãn và chảy dẻo trên diện rộng, khác về bản chất với uốn (chỉ biến dạng cục bộ theo đường gấp).
Phân loại theo số nguyên công trong một hành trình
- Khuôn đơn (single-operation die): mỗi hành trình máy chỉ thực hiện đúng một nguyên công (chỉ cắt, hoặc chỉ uốn...) tại một vị trí. Đơn giản, rẻ, nhưng cần nhiều lần đưa phôi qua nhiều khuôn khác nhau nếu chi tiết cần nhiều nguyên công.
- Khuôn liên hợp (compound die): thực hiện từ hai nguyên công trở lên tại cùng một vị trí, trong cùng một hành trình (ví dụ vừa blanking vừa piercing cùng lúc). Chi tiết hoàn thành sau đúng một lần dập, độ đồng tâm giữa các biên dạng chính xác hơn vì không phải định vị lại phôi.
- Khuôn liên tục — progressive die (khuôn dập liên tục nhiều trạm): dải phôi (coil) di chuyển tuần tự qua nhiều trạm (station) đặt liên tiếp trong một bộ khuôn, mỗi trạm thực hiện một nguyên công khác nhau (trạm 1 đột lỗ định vị, trạm 2 cắt biên dạng, trạm 3 uốn...) — sau mỗi hành trình máy, dải phôi tiến thêm một bước (feed), và chi tiết hoàn chỉnh tách ra ở trạm cuối cùng. Phù hợp sản lượng rất lớn, tốc độ dập nhanh, nhưng chi phí chế tạo khuôn cao và đòi hỏi thiết kế bước tiến (pitch) chính xác.
Lực dập và tải trọng máy ép
Lực cần thiết để dập một chi tiết phụ thuộc chu vi cắt, chiều dày và độ bền cắt của vật liệu — máy ép phải có tải trọng (tấn) lớn hơn lực dập yêu cầu để không quá tải. Theo tài liệu thương mại tham khảo, máy dập trục khuỷu (loại phổ biến nhất cho cắt hình/dập khuôn/đột lỗ) có lực dập trải rộng từ khoảng 16 đến 10.000 tấn tùy dòng máy và quy mô nhà máy — đây là khoảng tham khảo chung về dải công suất máy dập trên thị trường, không phải công thức tính lực dập cho một chi tiết cụ thể (lực dập thực tế cần tính riêng theo chu vi cắt × chiều dày × độ bền cắt vật liệu).
Lưu ý: số liệu tải trọng máy trên từ 1 nguồn thương mại tiếng Việt (không phải sổ tay kỹ thuật/tiêu chuẩn), dùng để hình dung độ lớn dải máy dập công nghiệp, không dùng thay cho tính toán lực dập kỹ thuật thực tế.
Thuật ngữ
- Chày (punch): phần khuôn chuyển động, gắn trên đầu trượt máy ép.
- Cối (die): phần khuôn cố định, gắn trên bàn máy ép.
- Blanking: nguyên công cắt lấy phần vật liệu bị cắt ra làm phôi/chi tiết.
- Piercing: nguyên công cắt tạo lỗ, phần vật liệu bị cắt ra là phế liệu.
- Progressive die (khuôn liên tục): khuôn dập nhiều trạm, phôi dạng dải di chuyển tuần tự qua từng trạm để hoàn thành chi tiết.
- Pitch (bước tiến): khoảng cách dải phôi di chuyển sau mỗi hành trình máy trong khuôn liên tục.
Tài liệu tham khảo
- Wikipedia, Progressive stamping (nguyên lý khuôn liên tục nhiều trạm, feed/pitch): https://en.wikipedia.org/wiki/Progressive_stamping
- Wikipedia, Punch (tool) và Die (manufacturing) (định nghĩa chày/cối): https://en.wikipedia.org/wiki/Die_(manufacturing)
- The Fabricator, Compound vs. progressive dies (phân biệt khuôn liên hợp và khuôn liên tục): https://www.thefabricator.com/thefabricator/article/stamping/compound-vs-progressive-dies
- Phúc Thắng, Máy Dập Công Nghiệp Và Những Điều Bạn Chưa Biết (dải lực dập máy dập trục khuỷu 16–10.000 tấn, máy ma sát trục vít 40–630 tấn): https://phucthang.com/may-dap-cong-nghiep-va-nhung-dieu-ban-chua-biet