Khuôn mẫu là dụng cụ (thiết bị) bằng kim loại dùng để tạo hình sản phẩm theo phương pháp định hình. Mỗi khuôn mẫu thường được chế tạo và sử dụng cho một số lượng chu trình đúc/ép sản phẩm nào đó, có thể là một lần hay nhiều lần. Kết cấu và kích thước của khuôn phụ thuộc vào kích thước, hình dáng, chất lượng và số lượng của sản phẩm cần tạo ra.

Khuôn mẫu là làm theo những mẫu đã có sẵn, quá trình gia công khuôn mẫu là sản xuất ra những khuôn sản phẩm theo yêu cầu của khách hàng. Từ những hình dạng, khuôn khổ đã có sẵn sẽ tạo ra những sản phẩm giống như vật mẫu mà vẫn đảm bảo được tính năng và công dụng, không làm mất đi tính hiệu quả của sản phẩm.

Tổng quan gia công khuôn

Khái niệm

Gia công khuôn là quá trình tạo ra các bề mặt, hình dạng và đặc tính mong muốn trên bề mặt khuôn bằng các phương pháp gia công cơ khí, gia công kim loại bằng tia lửa điện, gia công kim loại bằng laser,…

Vai trò của gia công khuôn

Gia công khuôn có vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất, cụ thể là:

• Xác định hình dáng, kích thước và chất lượng của sản phẩm cuối cùng: Khuôn là một bộ phận quan trọng quyết định hình dáng, kích thước và chất lượng của sản phẩm cuối cùng. Chính vì vậy, gia công khuôn cần được thực hiện chính xác và tỉ mỉ để đảm bảo sản phẩm cuối cùng đạt chất lượng cao.
• Tăng năng suất sản xuất: Khuôn được sử dụng trong quá trình sản xuất hàng loạt, giúp tăng năng suất sản xuất và giảm chi phí sản xuất.
• Tiết kiệm nguyên vật liệu: Khuôn được sử dụng nhiều lần, giúp tiết kiệm nguyên vật liệu và giảm chi phí sản xuất.

Phân loại khuôn gia công

Khuôn gia công được phân loại dựa trên nhiều tiêu chí khác nhau, bao gồm:

• Theo phương pháp sản xuất: Khuôn gia công được chia thành hai loại chính là khuôn đúc và khuôn ép.
• Theo loại sản phẩm: Khuôn gia công được chia thành nhiều loại khác nhau, phù hợp với từng loại sản phẩm cụ thể. Ví dụ: khuôn ép nhựa, khuôn dập, khuôn đúc,…
• Theo số lượng lần sử dụng: Khuôn gia công được chia thành khuôn sử dụng một lần và khuôn sử dụng nhiều lần.

Các nguyên vật liệu gia công khuôn

Có nhiều nguyên vật liệu gia công khuôn khác nhau, bao gồm:

• Thép: Là nguyên vật liệu gia công khuôn phổ biến nhất, được sử dụng để gia công các loại khuôn có yêu cầu cao về độ bền và độ cứng. Thép gia công khuôn thường được làm từ các loại thép hợp kim có độ cứng cao, độ bền cao và khả năng chống ăn mòn tốt.
• Kim loại màu: Là nguyên vật liệu gia công khuôn nhẹ hơn thép, được sử dụng để gia công các loại khuôn có yêu cầu về độ nhẹ và độ cứng. Kim loại màu gia công khuôn thường được làm từ các loại hợp kim nhôm, hợp kim đồng,…
• Nhựa: Là nguyên vật liệu gia công khuôn có trọng lượng nhẹ, dễ gia công và giá thành rẻ. Nhựa gia công khuôn thường được làm từ các loại nhựa nhiệt dẻo như nhựa ABS, nhựa polypropylene,…
• Gốm: Là nguyên vật liệu gia công khuôn có độ cứng cao, độ bền cao và khả năng chịu nhiệt tốt. Gốm gia công khuôn thường được làm từ các loại gốm sứ chịu nhiệt.

Ngoài ra, còn có một số nguyên vật liệu gia công khuôn khác như:

• Silicat: Là nguyên vật liệu gia công khuôn có độ cứng cao, độ bền cao và khả năng chống ăn mòn tốt.
• Carbide: Là nguyên vật liệu gia công khuôn có độ cứng cao, độ bền cao và khả năng chịu nhiệt tốt.
• Kim cương: Là nguyên vật liệu gia công khuôn có độ cứng cao nhất, được sử dụng để gia công các loại khuôn có yêu cầu về độ chính xác cao.

Việc lựa chọn nguyên vật liệu gia công khuôn phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm:

• Yêu cầu về độ bền và độ cứng của khuôn: Các loại khuôn có yêu cầu cao về độ bền và độ cứng thường được làm từ thép hợp kim.
• Yêu cầu về độ nhẹ của khuôn: Các loại khuôn có yêu cầu về độ nhẹ thường được làm từ kim loại màu.
• Yêu cầu về khả năng chịu nhiệt của khuôn: Các loại khuôn có yêu cầu về khả năng chịu nhiệt thường được làm từ gốm sứ chịu nhiệt.
• Yêu cầu về độ chính xác của khuôn: Các loại khuôn có yêu cầu về độ chính xác cao thường được làm từ kim cương.

Việc lựa chọn nguyên vật liệu gia công khuôn đúng đắn sẽ giúp đảm bảo khuôn đạt chất lượng cao và đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật.

Quy trình sản xuất khuôn mẫu

Tương tự như các sản phẩm cơ khí nói chung, quá trình sản xuất khuôn mẫu dựa trên 5 quy trình công nghệ chính bao gồm: Thiết kế, gia công, nhiệt luyện, đo kiểm và lắp ráp. Trong đó, các công ty có thể đảm nhiệm một hoặc nhiều quy trình, thậm chí là toàn bộ quá trình sản xuất để tạo ra sản phẩm cuối.

Xét trong cùng một chu trình kín từ lúc nhận đơn hàng, phân tích, gia công, giao hàng và tiến hành các dịch vụ sửa chữa, thay thế các linh kiện trong khuôn, các công ty khuôn mẫu Việt Nam tham gia vào tất cả các khâu. Một số công ty lớn có khả năng hoạt động theo chu trình khép kín từ thiết kế tới đo kiểm và lắp ráp, thậm chí trực tiếp sử dụng các khuôn để sản xuất và kinh doanh các sản phẩm cuối.

Khuôn mẫu là sản phẩm thuộc dạng sản xuất đơn chiếc, đặc thù này khiến sản phẩm khuôn mẫu không bị ảnh hưởng nhiều bởi lợi thế kinh tế theo quy mô. Đây là ưu điểm để Việt Nam có thể có khả năng cạnh tranh với các nước, đặc biệt là Trung quốc. Thị trường khuôn mẫu của Việt Nam cũng như trên thế giới đang tăng trưởng với tốc độ cao và có dung lượng đáng kể. Trình độ công nghệ của Việt Nam trong ngành không quá thấp và có khả năng phát triển để bắt kịp trình độ trung bình trên thế giới.

Các loại khuôn mẫu phổ biến

Dưới đây là các loại khuôn mẫu được sử dụng phổ biến trên thị trường hiện nay.

Khuôn thổi nhựa

Khuôn thổi nhựa là loại khuôn thường được sử dụng để tạo ra những sản phẩm hình ống, chai,… Quy trình gia công khuôn mẫu này thực hiện thổi khí vào trong khuôn để thực hiện nén vào tạo hình cho sản phẩm nhựa.

Khuôn ép

Đây là loại khuôn được dùng để tạo ra sản phẩm bằng cách áp dụng lực lên vật liệu như nhựa, kim loại, composite,… Các loại khuôn ép phổ biến nhất là khuôn ép nhựa, khuôn ép đùn nhôm, khuôn ép thuỷ tinh,…

Khuôn dập định hình

Là loại khuôn giúp tạo hình sản phẩm bằng cách dập tấm kim loại vào lòng khuôn. Khuôn dập định hình được dùng để định hình chi tiết kim loại sử dụng trong ô tô, thiết bị điện, máy bay, đồ gia dụng,…

Khuôn đúc cát

Quy trình gia công khuôn mẫu đúc cát đã xuất hiện từ rất lâu đời trong lĩnh vực gia công cơ khí chính xác. Loại khuôn này chỉ đúc một lần, nghĩa là rót vật liệu ở dạng chảy lỏng vào trong, chờ đến khi khô rồi phá khuôn. Khi sử dụng khuôn đúc cát có thể tạo ra được những khuôn có kết cấu phức tạp, khối lượng lớn. Đặc biệt, giá thành của khuôn đúc cát vô cùng thấp.

Khuôn đúc áp lực

Khuôn đúc áp lực là phương pháp tạo ra sản phẩm bằng cách rót đầy chất lỏng kim loại vào khuôn. Sau đó, đông đặc dưới tác động của áp lực cao. Loại khuôn này thường được sử dụng để chế tạo ra những chi tiết phức tạp như kèn đồng, van dẫn khí, bộ phận của động cơ,…

Khuôn hút chân không định hình

Đây là loại khuôn không dùng cho chi tiết có hình dạng phức tạp. Quy trình gia công khuôn mẫu này cần nung nóng vật liệu tấm và áp sát với lòng khuôn nhờ hút chân không. Khuôn hút chân không định hình thường được sử dụng để sản xuất bao bì sản phẩm, hộp dựng thức ăn, hộp đựng trái cây,…

Kiểm tra chất lượng khuôn

Kiểm tra chất lượng khuôn là bước quan trọng để đảm bảo khuôn đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật. Các phương pháp kiểm tra chất lượng khuôn bao gồm:

• Kiểm tra hình dáng kích thước: Kiểm tra xem khuôn có đạt được hình dạng và kích thước chính xác theo yêu cầu thiết kế hay không.
• Kiểm tra độ cứng: Kiểm tra độ cứng của khuôn để đảm bảo khuôn có đủ độ cứng để chịu được các lực tác dụng trong quá trình sản xuất.
• Kiểm tra độ bền: Kiểm tra độ bền của khuôn để đảm bảo khuôn có đủ độ bền để sử dụng trong thời gian dài.
• Kiểm tra độ ăn mòn: Kiểm tra khả năng chống ăn mòn của khuôn để đảm bảo khuôn có thể sử dụng trong môi trường ăn mòn.

Các lỗi thường gặp trong gia công khuôn

Các lỗi thường gặp trong gia công khuôn bao gồm:

• Lỗi hình dáng kích thước: Lỗi này xảy ra khi khuôn không đạt được hình dạng và kích thước chính xác theo yêu cầu thiết kế.
• Lỗi độ cứng: Lỗi này xảy ra khi khuôn không đủ độ cứng để chịu được các lực tác dụng trong quá trình sản xuất.
• Lỗi độ bền: Lỗi này xảy ra khi khuôn không đủ độ bền để sử dụng trong thời gian dài.
• Lỗi độ ăn mòn: Lỗi này xảy ra khi khuôn không có khả năng chống ăn mòn trong môi trường ăn mòn.

Một số lưu ý để gia công khuôn đạt chất lượng cao:

• Thiết kế khuôn chính xác: Thiết kế khuôn chính xác là yếu tố quan trọng hàng đầu để đảm bảo khuôn đạt chất lượng cao.
• Chuẩn bị khuôn kỹ lưỡng: Chuẩn bị khuôn kỹ lưỡng giúp gia công khuôn chính xác và hiệu quả hơn.
• Sử dụng các công cụ, máy móc hiện đại: Sử dụng các công cụ, máy móc hiện đại giúp gia công khuôn chính xác và nhanh chóng hơn.
• Kiểm tra chất lượng khuôn nghiêm ngặt: Kiểm tra chất lượng khuôn nghiêm ngặt giúp đảm bảo khuôn đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật.

Gia công khuôn chất lượng cao

Ứng dụng công nghệ vào sản xuất khuôn mẫu

Ngành công nghiệp khuôn mẫu đang phát triển theo hướng tập trung đầu tư và phát triển công nghệ. Với khả năng tạo ra sản phẩm với số lượng lớn, thời gian sản xuất ngắn, và mức độ ổn định cao, các sản phẩm khuôn mẫu là công cụ không thể thiếu trong rất nhiều ngành sản xuất công nghiệp, từ các sản phẩm đồ gia dụng đến các sản phẩm hàng không và điện tử hiện đại.

Bên cạnh đó, hầu hết công nghệ sử dụng trong sản xuất khuôn mẫu là các công nghệ cơ khí và có tính chất điển hình. Chính vì vậy, bản đồ công nghệ ngành sản xuất khuôn mẫu có thể được sử dụng làm cơ sở để nhân rộng ra toàn bộ ngành cơ khí một cách thuận lợi.

Công nghệ mới trong chế tạo khuôn nhựa, khuôn mẫu

Công nghệ mới trong chế tạo khuôn nhựa với công nghệ chế tạo khuôn truyền thống là vấn đề áp dụng công nghệ mới vào chế tạo khuôn nhựa đóng vai trò vô cùng quan trọng và tiên quyết đối với sự phát triển của ngành khuôn mẫu.

Ứng dụng CAD vào chế tạo khuôn nhựa

CAD là phẩn mềm thiết kế trên máy tính được ứng dụng rộng rãi trên nhiều lĩnh vực. Phần mềm này cho phép chuyên viên thiết kế tạo ra mô hình sản phẩm dưới dạng bản vẽ 2D hoặc 3D, hình ảnh của bản vẽ mô phỏng này có độ chân thật hoàn hảo gần giống với sản phẩm thật sau khi hoàn thiện.

Một khuôn mẫu nhựa có độ phức tạp cao sẽ được đơn giản hóa qua góc nhìn của phần mền CAD. Điều này rất có lợi cho việc hoàn chỉnh bản mẫu một cách nhanh chóng và chính xác.

Ứng dụng CAM vào chế tạo khuôn nhựa

Cũng giống với CAD, CAM là phần mềm gia công cơ khí cài đặt trên máy tính. Tuy nhiên, CAM không phải sử dụng để tạo ra những bản thiết kế mà nó giống như một  hệ điều hành tổng bộ chính các thiết bị, máy móc qua vi tính.

Phần mềm CAM có chức năng nhận phân tích dữ liệu, tính toán những thông số được đưa ra từ bản CAD chi tiết và sau đó là điều khiển các máy CNC hoạt động.

Việc sử dụng công nghệ CAM này làm cho máy móc tự động hóa hoạt động theo lập trình đã được cài đặt sẵn. Lúc này, kỹ thuật viên đóng vai trò là giám sát, đặt lệch cho trương trình hoạt động của máy móc.

Các sản phẩm khuôn nhựa mẫu được chế tạo thành công và độ dung sai của mỗi khuôn được hạn chế ở mức tối đa.

Ứng dụng CNC trong chế tạo khuôn nhựa

CNC chính là những đời máy móc công nghệ cao, hiện đại và có độ chính xác gần như tuyệt đối. Máy CNC gồm: máy cắt, máy tiện, máy phay, đột laser…những chiếc máy công nghiệp đời mới.

Như đã nói ở trên, hệ thống máy móc CNC hoạt động một cách tự động hóa qua sự lập trình trên phần mềm CAM. Về mặt chất và lượng của sản phẩm không thể bàn cãi vì trình độ xuất sắc nhất của máy móc đạt tiêu chuẩn hàng đầu Thế giới. Dù là những khuôn nhựa cỡ lớn hay những khuôn mẫu nhựa cỡ nhỏ, các loại máy móc CNC này đều có thể tạo ra thành phẩm có độ chính xác cao.

Công nghệ mới trong chế tạo khuôn nhựa là CAD/CAM/CNC – là những phần mềm, máy móc hiện đại, tối tân bậc nhất. Và tồn tại thành một hệ thống, quy trình hoạt động thống nhất, hoàn chỉnh theo một quy trình chặt chẽ.

Với trình độ công nghệ mới trong khuôn nhựa nói riêng và ngành công nghiệp khuôn mẫu nói chung mang đến nhiều lợi ích vượt trội và dần thay thế những công nghệ cũ trước đây.

Công nghệ khắc khuôn mẫu laser

Công nghệ khắc khuôn mẫu bằng laser mang lại cho nền công nghiệp chế tạo công cụ, khuôn mẫu khá nhiều lợi ích quan trọng. Một trong những lợi thế đó là khả năng xử lý vật liệu không tiếp xúc, khả năng tập trung các chùm tia cao giúp tạo ra các vết khắc bền, không dễ bị hư hỏng hay bong tróc. Trên thực tế, quy trình xử lý không tiếp xúc giúp làm giảm nguy cơ gây hại và gây biến dạng khuôn mẫu. Bên cạnh đó, do đặc tính không làm hao mòn vật liệu, công nghệ laser luôn đảm bảo độ khắc chính xác cao và có khả năng khắc lặp lại cùng hàng loạt các ưu điểm tiêu biểu sau:

• Có thể khắc trên các vùng làm việc khó tiếp cận và những phôi khắc lồi/ lõm với độ chính xác cao.
• Khắc với tốc độ cực nhanh 1500mm/ giây – tăng gấp 30 lần so với phương pháp trước đây.
• An toàn với môi trường xung quanh vì tia laser không sản sinh các chất độc hại như phương pháp khắc axis.

Các dụng cụ và vật tư sử dụng để đánh bóng khuôn mẫu

Tùy vào yêu cầu khuôn, quy trình của mỗi nhà sản xuất, chất lượng tay nghề của công nhân, kinh nghiệm thức tế mà mỗi nhà sản xuất khuôn sẽ sử dụng các quy trình khác nhau cũng như vật liệu để đánh bóng khác nhau. Tuy nhiên, chung lại, các vật tư, vật liệu, dụng cụ, máy móc dưới đây được dùng rộng rãi trong lĩnh vực đánh bóng khuôn mẫu.

1. Các dụng cụ đánh bóng – mài chính xác

a. Giũa thép – Giũa kim cương

Dụng cụ cơ bản sử dụng để mài thô hoặc đánh bóng thô. Giũa thép hoặc giũa mạ kim cương cần có nhiều hình dạng, kích thước khác nhau để có thể tiếp xúc được đến những cho tiết khó.

Đặc điểm: Có thể kiểm soát được độ cứng và độ nhám để tránh làm hỏng khuôn

 

b. Thanh Ceramic

Ceramic là vật liệu cứng, bền. Thanh ceramic đánh bóng khuôn với yêu cầu cơ bản có thể tiếp xúc với các vị trí khó.

Thanh Ceramic được cung cấp với nhiều kích thước và độ nhám khác nhau.

Thanh Ceramic có thể sử dụng để đánh bóng thủ công hoặc ghép với các máy đánh bóng

c. Thanh gỗ, bông gỗ mềm đánh bóng

Thanh gỗ bao gồm thanh gỗ mềm đánh bóng tinh và thanh gỗ cứng để mài hoặc đánh bóng thô với các hình dạng như: Dạng khối chữ nhật, dạng bản mỏng, thiết kế góc nghiêng khác nhau phục vụ cho nhiều loại khuôn khác nhau.

d. Chổi đánh bóng khuôn – Bông gỗ mềm đánh bóng

Ngoài ra còn có các loại vật tư khác như: Giấy mềm, đá mài, bông, bông vải, lơ đánh bóng…

2. Các loại vật tư đánh bóng

a. Bột kim cương đánh bóng

Là loại bột đánh bóng khuôn chất lượng cao nhất hiện nay, bột kim cương có độ cứng lớn nhất và khả năng cắt cao nhất nên có khả năng đánh bóng mọi vật liệu khác kể cá khả năng đánh bóng kim cương khác.

Bột kim cương được thiết kế dạng xy lanh giúp dễ sử dụng và bảo quản.

Bột kim cương đánh bóng khuôn được sản xuất yêu cầu nghiêm ngặt về độ ổn định và kích thước chuẩn.

Trong lĩnh vực đánh bóng khuôn, bột kim cương thường được sử dụng với các kích thước hạt từ 1 micron đến 160 micron. Ở kích thước hạt 1-3 micron, các vật liệu khác đều có đạt độ bóng như gương hoặc có thể tốt hơn.

b. Các loại bột không phải kim cương

Một số loại vật liệu khác cũng có khả năng cắt rất tốt như các loại hợp kim của nhôm oxit, silicat . Điểm chung của các loại vật liệu đánh bóng khuôn non – diamond này là giá thành rẻ hơn, sử dụng cho các loại khuôn mẫu không yêu cầu độ bóng cao.

Khuyết điểm: Thời gian đánh bóng lâu hơn và tốn nhiều bộ hơn.

c. Dung dịch hỗ trợ trong quá trình đánh bóng (Sử dụng với bột kim cương)

Về nguyễn tắc, nếu sử dụng duy nhất bột kim cương để đánh bóng là đủ, tuy nhiên nếu như vậy thì giá thành sẽ rất cao. Đó là lý do trong quá trình đánh bóng khuôn bằng bột kim cương sẽ có dung dịch hỗ trợ để tiết kiệm bột kim cương, tăng khả năng cắt và vệ sinh khuôn. Điều đó làm cho việc đánh bóng khuôn bằng bột kim cương hiện nay đôi khi còn rẻ hơn sử dụng các loại bột khác.

3. Các máy móc đánh bóng khuôn:

a. Máy đánh bóng khuôn:

Máy đánh bóng khuôn thường được thiết kế dạng rung, có thể gắn với các dụng cụ đánh bóng khuôn khác như: Gỗ, Vải, Giũa… để giúp việc đánh bóng nhanh hơn, tiết kiệm chi phí nhân công.

Máy đánh bóng rung khuôn có tốc độ có thể điều chỉnh được, nhiều thiết kế khác nhau để phục vụ cho các loại khuôn khác nhau. Liên hệ với chúng tôi để được tư vấn thêm.

b. Máy hàn khuôn:

Khuôn sau 1 thời gian sử dụng sẽ không tránh khỏi trường hợp bị nứt, xướt…Khi đó máy hàn khuôn là thiết bị hữu hiệu hơn là làm lại khuôn khác.