Quy trình gia công khuôn mẫu CNC và các yếu tố liên quan

Gia công khuôn mẫu là một quy trình thiết yếu và phức tạp hình thành nên xương sống của các ngành sản xuất hiện đại trên toàn thế giới. Từ việc chế tạo chính xác các bộ phận ô tô đến việc chế tạo các thiết bị y tế tinh xảo, khuôn mẫu cho phép sản xuất hàng loạt các mặt hàng với độ chính xác và nhất quán rất cao. Bài viết dưới đây sẽ cung cấp thông tin liên quan đến quy trình gia công khuôn mẫu CNC và các yếu tố liên quan

1.Gia công khuôn mẫu là gì?

Gia công khuôn mẫu là quá trình thiết kế và tạo ra các khuôn đóng vai trò là bản thiết kế để tạo ra các bản sao giống hệt nhau của một vật thể hoặc bộ phận cụ thể.

Những khuôn mẫu này, được chế tạo với độ chính xác cao và chú ý đến từng chi tiết, được sử dụng trong các quy trình sản xuất khác nhau để tái tạo sản phẩm bằng các vật liệu từ kim loại và nhựa đến gốm sứ và vật liệu tổng hợp.

Bản chất của việc gia công khuôn nằm ở khả năng sản xuất số lượng lớn các bộ phận với tính đồng nhất, hiệu quả và chi tiết phức tạp, khiến nó trở thành nền tảng trong lĩnh vực sản xuất.

2. Gia công khuôn mẫu CNC hoạt động như thế nào?

Về cốt lõi, việc gia công khuôn mẫu CNC liên quan đến việc tạo ra một không gian âm hoặc khoang phản chiếu hoàn hảo hình dạng của vật thể mong muốn sử dụng các loại máy gia công CNC. Khoang này sau đó đóng vai trò là khuôn mẫu để tạo ra nhiều bản sao của vật thể, cho dù nó bằng nhựa, kim loại hay bất kỳ vật liệu nào khác. Quá trình này được lên kế hoạch và thực hiện tỉ mỉ, đảm bảo chất lượng và độ chính xác cao nhất cho sản phẩm cuối cùng.

3. Quy trình gia công khuôn mẫu CNC

• Thiết kế và hình thành ý tưởng: Quá trình này bắt đầu bằng giai đoạn thiết kế chi tiết, trong đó các kỹ sư và nhà thiết kế cộng tác để tạo ra mô hình 3D của bộ phận sẽ được sản xuất. Mô hình này đóng vai trò là bản thiết kế chi tiết cho khuôn, kết hợp tất cả các tính năng cần thiết như khoang, lõi và hệ thống phun, đồng thời xem xét các ứng suất nhiệt và cơ học mà khuôn sẽ trải qua.
• Lựa chọn vật liệu: Việc lựa chọn vật liệu phù hợp cho khuôn là rất quan trọng. Các yếu tố như mục đích sử dụng khuôn, vật liệu của sản phẩm cuối cùng và khối lượng sản xuất đóng vai trò quan trọng trong quyết định này. Các vật liệu phổ biến bao gồm thép cho khuôn sản xuất khối lượng lớn, nhôm để tản nhiệt nhanh hơn và silicone hoặc cao su cho các bộ phận khuôn linh hoạt. Đối với gia công khuôn mẫu CNC vật liệu chủ yếu là thép và nhôm.
• Gia công và chế tạo: Sau khi thiết kế được hoàn thiện và vật liệu được chọn, quá trình tạo khuôn vật lý bắt đầu. Các kỹ thuật như gia công phay CNC, tiện CNC sẽ được sử dụng để tạo hình khuôn, sau đó tiến hành gia công phóng điện (EDM) nhằm gia công các chi tiết với độ khó cao, tiếp đó là công đoạn in 3D (nếu cần). Bước này đòi hỏi sự chính xác để đảm bảo khuôn phản ánh chính xác các thông số kỹ thuật thiết kế.
• Hoàn thiện và đánh bóng bề mặt: Sau khi gia công, khuôn trải qua quá trình hoàn thiện bề mặt để nâng cao chất lượng và chức năng của nó. Đánh bóng là điều cần thiết để đạt được bề mặt hoàn thiện mong muốn trên sản phẩm cuối cùng, đặc biệt đối với các khuôn được sử dụng trong ép phun, trong đó độ mịn của bộ phận là rất quan trọng.
• Lắp ráp và kiểm tra: Các bộ phận riêng lẻ của khuôn được lắp ráp thành một công cụ khuôn hoàn chỉnh. Việc lắp ráp này phải chính xác để đảm bảo khuôn hoạt động chính xác và an toàn. Sau đó, khuôn đã lắp ráp sẽ được kiểm tra để xác minh rằng nó được đổ đầy chính xác, nguội đi một cách thích hợp và đẩy bộ phận ra mà không gặp vấn đề gì.
• Chạy thử và điều chỉnh: Trước khi đi vào sản xuất hoàn chỉnh, các hoạt động chạy thử được tiến hành để xác định bất kỳ vấn đề tiềm ẩn nào với khuôn hoặc quy trình đúc. Giai đoạn này cho phép tinh chỉnh khuôn, điều chỉnh nhiệt độ, áp suất và thời gian chu kỳ khi cần thiết để đảm bảo hiệu suất tối ưu.
• Kiểm tra và phê duyệt lần cuối: Bước cuối cùng bao gồm việc kiểm tra kỹ lưỡng khuôn và các bộ phận dùng thử được sản xuất để đảm bảo chúng đáp ứng tất cả các thông số kỹ thuật và tiêu chuẩn chất lượng. Sau khi khuôn vượt qua bước kiểm tra cuối cùng này, nó sẽ được phê duyệt để sản xuất quy mô lớn.

Sự tích hợp liền mạch của các giai đoạn này dẫn đến việc sản xuất hiệu quả các khuôn chất lượng cao, có khả năng tạo ra các bản sao chính xác và nhất quán của hầu hết mọi đối tượng. Tính linh hoạt và khả năng thích ứng của việc tạo khuôn nhấn mạnh vai trò không thể thiếu của nó trong bối cảnh sản xuất ngày nay, phục vụ cho các ngành công nghiệp từ ô tô đến chăm sóc sức khỏe, hàng tiêu dùng và hơn thế nữa.

4. Thiết bị và máy móc cần thiết để gia công khuôn mẫu CNC

Cho dù bạn đang tạo khuôn đơn giản cho một sản phẩm đặt riêng hay khuôn phức tạp để sản xuất hàng loạt, việc hiểu rõ về máy móc và công cụ cần thiết để gia công khuôn là rất quan trọng. Điều này đảm bảo rằng quá trình gia công khuôn của bạn thành công, hiệu quả và có khả năng tạo ra các khuôn chất lượng cao đáp ứng các yêu cầu sản xuất cụ thể. Các thiết bị và máy móc cần thiết để gia công khuôn mẫu CNC bao gồm:

• Máy phay CNC: Gia công phay CNC là công đoạn cơ bản nhất của chế tạo khuôn, máy phay CNC được sử dụng để khắc, khoan và tạo hình khuôn từ các khối kim loại. Chúng cung cấp độ chính xác và khả năng kiểm soát cao, khiến chúng không thể thiếu trong việc tạo ra các khuôn phức tạp với dung sai chặt chẽ.
• Máy EDM (Gia công phóng điện): EDM rất quan trọng để tạo ra các chi tiết phức tạp và đạt được kích thước chính xác trong khuôn, đặc biệt đối với các kim loại cứng khó gia công bằng các phương pháp truyền thống. Quá trình này sử dụng sự phóng điện để ăn mòn vật liệu một cách có kiểm soát.
• Máy in 3D: Là cuộc cách mạng hóa việc chế tạo khuôn nguyên mẫu, máy in 3D cho phép chế tạo trực tiếp các thành phần khuôn từ các mô hình kỹ thuật số. Chúng đặc biệt hữu ích để tạo ra các hình học phức tạp mà phương pháp gia công truyền thống khó đạt được.
• Máy tiện CNC: Được sử dụng để sản xuất các bộ phận khuôn đối xứng, tiện, cắt, khoan và biến dạng vật liệu, mang lại tính linh hoạt trong quy trình chế tạo khuôn, đặc biệt là đối với các bộ phận hình trụ.
• Máy mài: Những máy này cung cấp các bước hoàn thiện cho khuôn, đảm bảo bề mặt nhẵn và kích thước chính xác. Chúng được sử dụng để mài, đánh bóng và hoàn thiện các bộ phận khuôn kim loại.
• Phần mềm CAD/CAM: Phần mềm Thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính (CAD) và Phần mềm sản xuất có sự hỗ trợ của máy tính (CAM) rất quan trọng trong quy trình chế tạo khuôn mẫu hiện đại. Chúng cho phép thiết kế và lập trình chính xác các hoạt động gia công, đảm bảo khuôn được chế tạo theo thông số kỹ thuật chính xác.
• Dụng cụ và thiết bị chế tạo khuôn: Những công cụ chuyên dụng này được sử dụng để cắt, tạo hình và hoàn thiện khuôn, bao gồm mọi thứ từ dụng cụ cầm tay đến bộ khuôn. Chúng rất cần thiết để thêm các chi tiết đẹp và cho công việc hoàn thiện thủ công trên khuôn.
• Dụng cụ lắp ráp khuôn: Sau khi các bộ phận khuôn riêng lẻ được gia công hoặc in, cần có các công cụ lắp ráp để ghép khuôn cuối cùng lại với nhau một cách chính xác. Điều này bao gồm kẹp, máy ép và ốc vít, đảm bảo rằng khuôn được lắp ráp an toàn và chính xác.
• Thiết bị xử lý nhiệt và ủ: Xử lý nhiệt và ủ là các quá trình được sử dụng để tăng cường độ bền của khuôn kim loại. Thiết bị này rất quan trọng để kéo dài tuổi thọ của khuôn sẽ được sử dụng trong ép phun áp suất cao.
• Công cụ đánh bóng và hoàn thiện: Để đạt được độ hoàn thiện bề mặt hoàn hảo trên khuôn, các công cụ đánh bóng và hoàn thiện được sử dụng. Chúng có thể bao gồm từ các dụng cụ cầm tay đơn giản để đánh bóng thủ công đến các hệ thống tự động phức tạp để tạo ra lớp hoàn thiện có độ bóng cao.
• Công cụ kiểm tra và đo lường: Độ chính xác là chìa khóa trong chế tạo khuôn. Các công cụ như micromet, thước cặp và máy đo tọa độ (CMM) được sử dụng để kiểm tra và đo các thành phần khuôn, đảm bảo chúng đáp ứng tất cả các kích thước và dung sai được chỉ định.
• Thiết bị an toàn: Không thể bỏ qua sự an toàn. Thiết bị bảo hộ, bao gồm găng tay, kính bảo hộ và mặt nạ phòng độc, là điều cần thiết để bảo vệ người làm khuôn khỏi các mối nguy hiểm liên quan đến gia công, hóa chất và nhiệt được sử dụng trong quá trình chế tạo khuôn.

Tham khảo

Các loại máy gia công khuôn mẫu CNC phổ biến

5. Vật liệu trong gia công khuôn mẫu CNC

Gia công khuôn CNC chủ yếu áp dụng cho vật liệu kim loại như: 

• Thép (bao gồm thép công cụ và thép không gỉ): Được biết đến với độ bền và khả năng chống mài mòn. Khuôn thép chủ yếu được sử dụng trong các cơ sở sản xuất khối lượng lớn, đặc biệt là cho quá trình ép phun và đúc kim loại. Chúng có khả năng chịu được nhiệt độ và áp suất cao, khiến chúng trở nên lý tưởng để sản xuất các bộ phận kim loại, nhựa và cao su.
• Nhôm: Mang lại sự cân bằng tốt giữa chi phí và hiệu suất, với khả năng dẫn nhiệt tuyệt vời và trọng lượng nhẹ hơn so với thép. Khuôn nhôm thường được sử dụng để ép phun và đúc thổi, thích hợp cho sản xuất khối lượng thấp hơn, nơi có thời gian làm mát nhanh hơn.
• Đồng berili: Được đánh giá cao nhờ độ dẫn nhiệt và độ bền vượt trội, đồng berili thường được sử dụng trong các khu vực khuôn mẫu yêu cầu kiểm soát nhiệt độ chính xác. Vật liệu này thường được tìm thấy trong khuôn ép phun để cải thiện thời gian làm mát và giảm thời gian chu kỳ.

6. Chi phí gia công khuôn mẫu CNC thông thường là bao nhiêu?

Chi phí làm khuôn có thể rất khác nhau dựa trên độ phức tạp của thiết kế, vật liệu được sử dụng và quy trình sản xuất được chọn.

Dưới đây là 5 yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến giá cuối cùng:

• Lựa chọn vật liệu: Việc lựa chọn vật liệu ảnh hưởng đến chi phí tổng thể, trong đó các kim loại như thép và nhôm
• Độ phức tạp của khuôn: Các khuôn phức tạp với các chi tiết phức tạp, các đường cắt hoặc nhiều khoang đòi hỏi nhiều thời gian và độ chính xác hơn để tạo ra, làm tăng chi phí.
• Phương pháp sản xuất: Các kỹ thuật như gia công CNC hoặc in 3D có thể có chi phí trả trước cao hơn so với các phương pháp thủ công truyền thống.
• Kích thước và khối lượng: Các khuôn lớn hơn hoặc những khuôn dành cho sản xuất số lượng lớn sẽ tốn kém hơn do sử dụng vật liệu nhiều hơn và thời gian cần thiết để gia công và hoàn thiện.
• Yêu cầu về độ hoàn thiện và dung sai: Khuôn có độ chính xác cao với dung sai chặt chẽ và độ hoàn thiện mịn đòi hỏi phải xử lý bổ sung, góp phần làm tăng chi phí.

7. Quá trình gia công khuôn mẫu CNC thường mất bao lâu?

Trung bình, việc sản xuất một khuôn đơn giản có thể mất vài ngày đến một tuần, trong khi các khuôn phức tạp hơn, đặc biệt là những khuôn yêu cầu gia công chính xác hoặc các chi tiết phức tạp, có thể mất vài tuần đến vài tháng để hoàn thành.

Khung thời gian làm khuôn có thể thay đổi đáng kể vì 4 yếu tố sau:

• Độ phức tạp của thiết kế: Các thiết kế chi tiết và phức tạp hơn sẽ mất nhiều thời gian hơn để phát triển và sản xuất.
• Quy trình sản xuất: Một số quy trình, như in 3D, có thể tạo ra khuôn nhanh hơn gia công hoặc thủ công truyền thống.
• Thời gian bảo dưỡng và đông kết vật liệu: Các vật liệu như silicone hoặc nhựa có thể cần thời gian bảo dưỡng đáng kể, làm tăng thêm tiến độ của dự án.
• Sửa đổi và tạo mẫu: Nhu cầu điều chỉnh thiết kế hoặc tạo mẫu có thể kéo dài thời gian, đặc biệt nếu cần lặp lại nhiều lần để đạt được kết quả mong muốn.

8. Những cân nhắc về thiết kế để gia công khuôn hiệu quả là gì?

Khi thiết kế khuôn, một số cân nhắc quan trọng đảm bảo sản phẩm cuối cùng đáp ứng mọi yêu cầu về chức năng, chất lượng và khả năng sản xuất. Dưới đây là những lời khuyên thiết thực và cân nhắc về thiết kế để tạo ra một khuôn hiệu quả:

• Lựa chọn vật liệu: Chọn vật liệu khuôn phù hợp với khối lượng sản xuất, vật liệu được đúc và độ hoàn thiện bề mặt cần thiết. Đối với sản xuất số lượng lớn, các vật liệu bền như thép hoặc nhôm được ưu tiên.
• Khả năng tương thích về thiết kế bộ phận: Thiết kế của bộ phận phải tương thích với các quy trình đúc, xem xét các yếu tố như góc nghiêng, độ đồng đều của thành và sự hiện diện của các đường cắt.
• Phân tích dòng khuôn: Việc sử dụng phần mềm để phân tích dòng khuôn có thể dự đoán các vấn đề tiềm ẩn với dòng nguyên liệu, giúp tối ưu hóa vị trí cổng và giảm thiểu khuyết tật.
• Thiết kế hệ thống làm mát: Một hệ thống làm mát được thiết kế tốt là rất quan trọng để kiểm soát nhiệt độ khuôn, giảm thời gian chu kỳ và đảm bảo làm mát các bộ phận đồng đều.
• Vị trí hệ thống đẩy: Cần đặt đúng vị trí các chốt đẩy hoặc các cơ chế đẩy khác để tránh làm hỏng bộ phận trong quá trình lấy ra khỏi khuôn.
• Yêu cầu về độ hoàn thiện bề mặt: Độ hoàn thiện bề mặt mong muốn của sản phẩm cuối cùng ảnh hưởng đến thiết kế khuôn, bao gồm việc lựa chọn vật liệu khuôn và bất kỳ lớp phủ hoặc phương pháp xử lý nào cần thiết.

9. Một số vấn đề thường gặp khi gia công khuôn mẫu CNC là gì?

Việc chế tạo khuôn có thể gặp một số vấn đề ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm cuối cùng. Dưới đây là một số vấn đề chính và giải pháp của họ:

• Bẫy khí: Không khí bị mắc kẹt trong khuôn có thể gây ra các lỗ rỗng ở phần cuối cùng. Một giải pháp là thiết kế khuôn với hệ thống thông gió hoặc chân không thích hợp để cho không khí thoát ra ngoài.
• Cong vênh: Làm mát vi sai có thể dẫn đến cong vênh hoặc biến dạng. Tối ưu hóa hệ thống làm mát và xem xét đặc tính co ngót của vật liệu trong giai đoạn thiết kế khuôn.
• Không hoàn hảo trên bề mặt: Có thể xảy ra các khuyết tật như vết chìm hoặc vết bẩn trên bề mặt. Để ngăn chặn điều này, bạn có thể điều chỉnh nhiệt độ, áp suất và thời gian làm mát khuôn cũng như đảm bảo độ dày thành đồng nhất trong thiết kế bộ phận.
• Độ lệch khuôn: Điều này có thể dẫn đến lỗi đường phân khuôn hoặc nhấp nháy. Luôn đảm bảo độ chính xác cao trong quá trình sản xuất và lắp ráp khuôn để duy trì sự liên kết.

10. Phần kết luận

Gia công khuôn mẫu CNC là 1 quá trình phức tạp.  Hiểu các vật liệu, các yếu tố chi phí, thời gian, độ phức tạp trong thiết kế và những thách thức chung là điều cần thiết để đạt được hiệu suất khuôn tối ưu, nâng cao chất lượng và hiệu quả của quy trình sản xuất. Nếu bạn đang tìm hiểu về gia công khuôn mẫu CNC cho doanh nghiệp của mình, hãy tìm đến các đối tác nhiều kinh nghiệm và uy tín để được tư vấn và lựa chọn các thiết bị và quy trình phù hợp nhất đáp ứng các yêu cầu của bạn ở tiêu chuẩn cao nhất.

Tại VISC,  chúng tôi chuyên cung cấp, setup các dòng máy CNC gia công khuôn mẫu và dịch vụ gia công khuôn mẫu CNC chất lượng cao. Với đội ngũ kỹ sư giàu kinh nghiệm trong lĩnh vực gia công CNC với trên 13 năm hoạt động cùng nhà máy sản xuất hiện đại chúng tôi sẽ đưa ra những tư vấn chính xác nhất trong gia công khuôn mẫu CNC. Liên hệ ngay với VISC để nhận tư vấn và báo giá ưu đãi nhất!

-----------------------------------------------------------------------------------------