A Khuôn ép nhựavà khuôn đúc áp lực đều phải điền đầy khoang khuôn, làm mát vật liệu, mở khuôn và đẩy sản phẩm ra. Từ bên ngoài, cả hai cũng có thể có đế khuôn, khoang khuôn, lõi và thanh trượt. Nhưng một khi vật liệu thay đổi từ nhựa nóng chảy sang kẽm hoặc nhôm nóng chảy, tải trọng nhiệt, tốc độ điền đầy và cơ chế hỏng hóc sẽ thay đổi. Logic thiết kế ban đầu không thể được áp dụng nguyên vẹn nữa.
Chúng tôi là Moldsteells, nhà sản xuất khuôn mẫu chính xác. Khi phân biệt giữa hai loại khuôn này, chúng tôi không bắt đầu từ sự tương đồng về hình thức bên ngoài. Chúng tôi trước tiên xem xét chu trình nhiệt tại khoang khuôn, sau đó đánh giá hệ thống cấp liệu, thoát khí, vật liệu thép và tuổi thọ dự kiến. Một hình thức bên ngoài tương tự chỉ cho thấy cả hai đều là công cụ đúc; điều đó không có nghĩa là cấu trúc bên trong của chúng có thể hoán đổi cho nhau.
Các kết luận chính có thể được tóm tắt trong một bảng:
| So sánh | Khuôn ép nhựa | Khuôn đúc áp lực |
|---|---|---|
| Tải nhiệt chính: tải trọng. Tải trọng | Nhựa nóng chảy tiếp xúc với lòng khuôn trong thời gian ngắn, trong khi nhiệt độ khuôn được kiểm soát theo yêu cầu của nhựa và quá trình đúc. | Kim loại nóng chảy nhiệt độ cao liên tục đi vào lòng khuôn, sau đó là quá trình làm mát và giảm nhiệt độ liên quan đến phun |
| Các ưu tiên về cấu trúc | Thiết kế cổng phun, làm mát, đẩy sản phẩm và kiểm soát ngoại quan của chi tiết | Dòng kim loại nóng chảy tốc độ cao, thoát khí, tràn kim loại, xói mòn cục bộ và giãn nở nhiệt |
| Thép làm lòng khuôn và lõi khuôn phổ biến: các loại thép | P20, 718H và NAK80; các loại thép đã tôi cứng như S136 có thể được sử dụng cho các ứng dụng yêu cầu độ bóng cao hoặc chống ăn mòn | Các loại thép công cụ làm việc nóng như H13, SKD61, 8407 và DIEVAR |
| Các dạng hỏng điển hình: các dạng | Mài mòn, ăn mòn, biến dạng dẻo, xước cục bộ hoặc mỏi cơ học; mỏi | Nứt do mỏi nhiệt, xói mòn, dính khuôn, gãy và biến dạng |
| Mô hình tuổi thọ sử dụng | Dao động từ sản xuất giới hạn đến một triệu lần ép hoặc hơn, tùy thuộc vào cấp độ khuôn, vật liệu và bảo trì. | Phải được thảo luận theo từng hợp kim; khuôn đúc áp lực kẽm và nhôm không nên được gán cùng một khoảng tuổi thọ. |
Đây không phải là ba nhóm khác biệt không liên quan. Chuỗi nguyên nhân chính xác hơn làVật liệu và chu trình nhiệt làm cho cấu trúc thay đổi; cấu trúc và điều kiện vận hành sau đó đòi hỏi một loại thép và quy trình xử lý nhiệt khác; những khác biệt đó cuối cùng dẫn đến các kiểu hỏng hóc và tuổi thọ sử dụng khác nhau.
Điểm khác biệt 1: Cấu trúc liên quan đến dòng chảy và thoát khí, không chỉ là thêm các bộ phận
Nhựa nóng chảy và kim loại nóng chảy đều phải đi vào lòng khuôn, nhưng chúng không đi vào theo cùng một cách. Khuôn ép nhựa thường sử dụng cổng bên, cổng kim, cổng ngầm hoặc hệ thống kênh nóng tùy theo yêu cầu về ngoại quan, kiểm soát đường hàn, biến dạng và vết đẩy cho phép.Khuôn đúc áp lực, ngược lại, phải được điền đầy trước khi kim loại đông đặc, đồng thời hạn chế kẹt khí, lỗi nguội và xói mòn cục bộ.
Hãy xem xét một quy trình đúc áp lực nhôm buồng lạnh điển hình. Hệ thống cấp liệu của nó có thể bao gồm biscuit, cuống phun, bộ phận phân phối cuống phun, kênh dẫn và cổng phun. Bộ phận phân phối cuống phun không chỉ để trang trí; nó có chức năng chuyển hướng và phân phối kim loại từ buồng phun vào các kênh dẫn. Một hệ thống đúc áp lực kẽm buồng nóng có cách bố trí cấp liệu khác, vì vậy cấu trúc của một khuôn đúc áp lực nhôm không nên được coi là một khuôn mẫu chung cho mọi quy trình đúc áp lực.
Yêu cầu về thoát khí cũng khác nhau. Khuôn ép nhựa vẫn cần các lỗ thoát khí đường phân khuôn, lỗ thoát khí chèn hoặc lỗ thoát khí chốt đẩy được thiết kế đúng cách. Các gân sâu, vùng cuối điền đầy và các vị trí bẫy khí khác không nên chỉ dựa vào các khe hở ngẫu nhiên. Đúc áp lực có thời gian điền đầy ngắn hơn nhiều, và kim loại có thể cuốn theo không khí đã có sẵn bên trong khoang khuôn. Do đó, các lỗ thoát khí thường phải được lên kế hoạch cùng với các đường tràn và túi xỉ: lỗ thoát khí cung cấp đường thoát cho khí, trong khi các đặc điểm khác nhận kim loại nguội dẫn đầu, oxit và vật liệu dư được dòng chảy mang theo.
Các cơ cấu chuyển động trong hai loại khuôn cũng không thể đơn giản sử dụng cùng một giá trị khe hở. Khuôn đúc áp lực trải qua biên độ nhiệt độ rộng hơn, do đó các thanh trượt, thanh dẫn hướng và lõi/chèn sẽ giãn nở trong quá trình vận hành. Nếu khe hở quá chặt, chúng có thể bị kẹt khi nóng; nếu quá lỏng, kim loại có thể thoát ra hoặc tạo ra ba via thừa. Điều này không có nghĩa là dụng cụ đúc áp lực được chế tạo kém chính xác hơn. Nó có nghĩa là thiết kế phải cung cấp dung sai chính xác cho các kích thước trong điều kiện vận hành nóng.
Cũng không thể đơn giản hóa độ dày tấm và cấu trúc hai hoặc ba tấm thành khẳng định rằng khuôn đúc áp lực luôn dày hơn và luôn sử dụng hai tấm. Khuôn đúc áp lực thường cần độ cứng tổng thể cao hơn và phải chịu được sốc nhiệt cục bộ, nhưng kích thước cuối cùng vẫn phụ thuộc vào diện tích chi tiết dự kiến, bố trí khoang khuôn, điều kiện kẹp và tải trọng đế khuôn. Sự khác biệt cấu trúc cơ bản là vật liệu nhựa nóng chảy tương đối vừa phải đã được thay thế bằng kim loại nóng hơn được điền đầy ở tốc độ cao.
Điểm khác biệt 2: Lựa chọn thép không chỉ đơn thuần là thay thế P20 bằng H13
P20, 718H, NAK80 và các loại thép tiền cứng tương tự thường được sử dụng trong khuôn ép nhựa vì độ cứng sẵn có của chúng đã phù hợp cho gia công và nhiều điều kiện sử dụng. Phương pháp này cũng giảm thiểu rủi ro biến dạng liên quan đến việc tôi xuyên tâm một chi tiết khuôn lớn. Tuy nhiên, không chính xác khi nói rằng khuôn ép nhựa không bao giờ được tôi cứng. Các dự án yêu cầu độ bóng cao, chống ăn mòn, chống mài mòn hoặc tuổi thọ cao có thể sử dụng thép khuôn không gỉ có thể tôi cứng như S136. Lộ trình chính xác phụ thuộc vào loại nhựa, yêu cầu bề mặt và số lượng chu kỳ sản xuất mục tiêu.
Lòng khuôn đúc áp lực nhôm liên tục tiếp xúc với kim loại nóng chảy ở nhiệt độ khoảng 620–680 °C. Đúc áp lực kẽm hoạt động ở nhiệt độ thấp hơn nhưng vẫn tạo ra điều kiện nhiệt khác biệt so với hầu hết các ứng dụng đúc nhựa. Trong quá trình điền đầy, đông đặc, mở khuôn và phun, bề mặt khuôn liên tục nóng lên và nguội đi. Chu kỳ này tạo ra các ứng suất kéo và nén xen kẽ. Một loại thép làm khuôn nhựa như P20 có thể có độ cứng ở nhiệt độ phòng phù hợp, nhưng điều đó không có nghĩa là nó có thể chịu được chu kỳ nhiệt này trong một chu kỳ sản xuất dài.
Do đó, các chi tiết lòng khuôn đúc áp lực thường sử dụng thép công cụ làm việc nóng như H13, SKD61, 8407 và DIEVAR. H13, SKD61, 1.2344 và 4Cr5MoSiV1 là các ký hiệu thép công cụ làm việc nóng tương ứng rộng rãi trong các tiêu chuẩn khác nhau. Điều đó không có nghĩa là vật liệu từ các nhà máy khác nhau có chất lượng, kiểm soát thành phần hoặc điều kiện giao hàng giống hệt nhau. Mác thép xác định loại thép; độ sạch, chất lượng rèn, độ đồng nhất vi cấu trúc, vàXử lý nhiệtxác định mức độ hiệu suất dự kiến mà chi tiết khuôn hoàn thiện (insert) thực sự có thể đạt được.
Một quy trình xử lý thép khuôn điển hình thiết lập quá trình ủ austenit, tôi và ram nhiều lần tùy theo mác thép, kích thước tiết diện và điều kiện sử dụng. Độ cứng cuối cùng sau đó được kiểm soát để cân bằng giữa khả năng chống mài mòn và độ dẻo dai. Các giá trị khoảng 44–52 HRC là phổ biến trong thực tiễn kỹ thuật, nhưng chúng không phải là cài đặt chung cho mọi chi tiết chèn. Các khối lớn, lõi có nhiều góc sắc và các khu vực chịu xói mòn nghiêm trọng có thể yêu cầu các mục tiêu khác nhau. Nếu thép quá mềm, mài mòn và dính khuôn sẽ dễ xảy ra hơn; nếu độ cứng bị đẩy lên quá cao mà không tính đến độ dẻo dai, nguy cơ nứt sẽ tăng lên.
Thấm nitơ không thể thay thế tôi và ram. Đây là một phương pháp xử lý tăng cường bề mặt được áp dụng sau khi vật liệu nền đã được xử lý nhiệt phù hợp. Nó có thể cải thiện khả năng chống mài mòn và chống dính bám hoặc xói mòn cục bộ, nhưng không thể khắc phục cấu trúc vi mô nền không phù hợp, độ cứng lõi không chính xác hoặc các khuyết tật vật liệu bên trong.
Một tuyên bố phổ biến trên mạng cho rằng mỗi lần tiếp xúc với kim loại nóng tương đương với việc tôi khuôn, do đó không cần làm cứng chi tiết chèn trước. Điều này nhầm lẫn giữa gia nhiệt cục bộ trong quá trình sử dụng với một chu trình xử lý nhiệt hoàn chỉnh. Thép loại H13 cần được gia nhiệt toàn bộ có kiểm soát, giữ nhiệt, làm nguội và ram để phát triển cấu trúc vi mô cần thiết. Sự tăng nhiệt độ cục bộ, ngắn ngủi trong sản xuất không tái tạo được các điều kiện đó; thay vào đó, các chu kỳ lặp lại sẽ tích lũy hư hỏng do mỏi nhiệt.
Tại Moldsteells, chúng tôi trước tiên xác minh mác thép và độ cứng, sau đó áp dụng các giá trị đó vào ứng dụng thực tế: vật liệu được tạo hình, nhiệt độ làm việc, mức độ tiếp xúc với ăn mòn hoặc mài mòn sợi thủy tinh, và tuổi thọ mục tiêu. Một mác thép được đề cập mà không có xử lý nhiệt và điều kiện vận hành thì không thể mô tả đầy đủ chất lượng khuôn.
Điểm khác biệt 3: Tuổi thọ sử dụng không thể quy về một con số chu kỳ đúc duy nhất
Tuổi thọ khuôn ép nhựa có phạm vi rất rộng. Một khuôn mẫu thử nghiệm hoặc sản xuất giới hạn có thể chỉ cần hoàn thành một khối lượng vừa phải, trong khi một khuôn sản xuất hàng loạt có thể đạt hàng trăm nghìn hoặc hơn một triệu lần ép. Cấp độ khuôn, vật liệu lòng khuôn, sợi thủy tinh hoặc phụ gia chống cháy, hình dạng chi tiết, cửa sổ xử lý, độ phức tạp cơ cấu và bảo trì đều ảnh hưởng đến kết quả. Phạm vi ứng dụng điển hình cho P20, 718H và S136 là những tài liệu tham khảo hữu ích, nhưng không có mác thép nào nên được coi là đảm bảo tuổi thọ cố định.
Tuổi thọ khuôn đúc áp lực thậm chí còn ít ý nghĩa hơn nếu không nêu tên hợp kim. Kẽm nóng chảy và được đúc ở nhiệt độ thấp hơn, do đó khuôn chịu tải nhiệt nhẹ hơn và có thể đạt hàng trăm nghìn chu kỳ đúc hoặc hơn trong điều kiện thuận lợi. Đúc áp lực nhôm đặt tải nhiệt nặng hơn nhiều lên khuôn. Tuổi thọ thông thường có thể dao động từ vài chục nghìn đến vài trăm nghìn chu kỳ đúc, với một số dự án đạt khoảng 200.000. Kích thước chi tiết, độ dày thành cục bộ, tốc độ dòng chảy tại cổng rót, thiết kế làm mát, chất lượng thép và xử lý nhiệt đều có thể làm thay đổi kết quả đó. Tuyên bố rằng mọi khuôn đúc áp lực nhôm nên bị loại bỏ ở 80.000 chu kỳ đúc không phải là một quy tắc chung của ngành.
Các chế độ hỏng hóc chủ yếu cũng khác nhau:
- Khuôn ép nhựa thường xuyên gặp phải các vấn đề mài mòn, ăn mòn và mỏi cơ học. Nhựa gia cường sợi thủy tinh làm mòn cửa khuôn và bề mặt lòng khuôn, các thành phần ăn mòn tấn công thép, và các cơ cấu đẩy hoặc trượt phải chịu chu kỳ cơ học lặp đi lặp lại.
- Khuôn đúc áp lực nhôm thường dễ bị nứt do mỏi nhiệt hơn. Việc bề mặt khuôn liên tục nóng lên và nguội đi sẽ tạo ra các vết nứt vi mô, chúng dần dần phát triển. Các khu vực đối diện cổng rót cũng có thể bị xói mòn, trong khi độ cứng cục bộ hoặc tình trạng bề mặt không phù hợp có thể thúc đẩy hiện tượng hàn dính và trầy xước.
Điều này giải thích một kết quả thường bị hiểu lầm: tuổi thọ ngắn hơn của khuôn đúc áp lực nhôm không có nghĩa là thép của nó kém chất lượng hoặc được sản xuất kém chính xác. Trên thực tế, nó sử dụng thép làm việc nóng và quy trình xử lý nhiệt khắt khe hơn chính xác là vì môi trường làm việc của nó khắc nghiệt hơn. Một khuôn đúc áp lực kẽm có thể chịu tải nhiệt nhẹ hơn và có tuổi thọ gần bằng một số khuôn ép nhựa hoạt động lâu dài, điều này một lần nữa cho thấy tại sao tuyên bố chung chung “khuôn đúc áp lực có tuổi thọ ngắn” lại thiếu các điều kiện thiết yếu.
Cả ba điểm khác biệt này cuối cùng đều liên quan đến chu kỳ nhiệt.
Ranh giới thực sự giữa khuôn ép nhựa và khuôn đúc áp lực không phải là việc nó có đế khuôn, thanh trượt hay chốt đẩy. Mà đó là vật liệu, nhiệt độ và chu trình gia nhiệt và làm mát mà khoang khuôn trải qua trong mỗi chu kỳ sản xuất.
Khi chu trình nhiệt tương đối vừa phải, cấu trúc có thể tập trung nhiều hơn vào hình thức, độ co ngót, làm mát và tách khuôn, trong khi việc lựa chọn thép nhấn mạnh khả năng đánh bóng, khả năng chống mài mòn và chống ăn mòn. Khi chu trình nhiệt khắc nghiệt, cấu trúc cũng phải quản lý dòng chảy tốc độ cao, thoát khí và tràn, giãn nở nhiệt và xói mòn cục bộ. Thép và xử lý nhiệt sau đó phải ưu tiên độ bền nóng, độ dẻo dai và khả năng chống mỏi nhiệt.
Kết cấu, thép và tuổi thọ do đó không phải là ba câu hỏi trắc nghiệm độc lập. Chúng tạo thành một chuỗi nhân quả kỹ thuật liên tục. Hiểu được chuỗi này sẽ mang lại cái nhìn chính xác hơn về sự khác biệt thực sự giữa các loại khuôn này, thay vì chỉ ghi nhớ một vài tên linh kiện, cấp độ thép hoặc số lần phun.
