Trên thế giới tồn tại rất nhiều loại sản phẩm: từ tủ lạnh, máy giặt, TV trong gia đình cho đến ô tô, tàu thuyền, máy bay trong ngành giao thông vận tải. Phần lớn các sản phẩm và linh kiện này đều được sản xuất bằng khuôn mẫu. Ở đây, chúng ta sẽ tìm hiểu từng loại khuôn dùng để sản xuất các sản phẩm, linh kiện đó.
Khuôn mẫu có rất nhiều loại, được phân biệt theo vật liệu sử dụng và mục đích sản xuất. Dưới đây là 5 loại khuôn chính:
- Khuôn nhựa (Plastic Mold)
- Khuôn dập (Press Mold)
- Khuôn đúc áp lực (Die Cast Mold)
- Khuôn đúc (Casting Mold)
- Khuôn rèn (Forging Mold)
1. Khuôn nhựa (Plastic Mold)
Nhựa, nhờ đặc tính linh hoạt, có thể tạo ra các chi tiết với hình dạng phức tạp, nên được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như đồ gia dụng và hàng tiêu dùng.
Các sản phẩm tiêu biểu: vỏ TV, vỏ điện thoại di động, vỏ máy giặt, v.v.
Khi sản xuất chi tiết nhựa, có nhiều phương pháp như đùn ép (injection molding), ép nén (compression molding), định hình chân không (vacuum forming)… Tất cả đều sử dụng khuôn nhựa để tạo hình sản phẩm.
Ví dụ dưới đây là video mô phỏng quy trình đùn ép nhựa:
Đùn ép nhựa (injection molding) là phương pháp:
- Gia nhiệt hạt nhựa đến khi tan chảy.
- Dùng động cơ vít (screw) đẩy nhựa nóng vào khoang khuôn dưới áp suất cao.
- Làm nguội nhựa bên trong khuôn cho đến khi đông cứng, rồi mở khuôn lấy sản phẩm ra.
2. Khuôn dập (Press Mold)
Khuôn dập được lắp lên máy dập (press machine). Người ta đặt tấm kim loại (thép, nhôm…) vào giữa hai nửa khuôn, sau đó máy sẽ ép hai bên từ trên xuống dưới, tạo hình bằng cách gia công biến dạng tấm.
Có bốn loại khuôn dập chính:
- Khuôn cắt (punch/die)
- Khuôn uốn (bending die)
- Khuôn kéo, ép sâu (deep drawing die)
- Khuôn ép nén (compression die)
Ví dụ, vỏ thân xe ô tô thường được sản xuất bằng khuôn dập, đây là loại khuôn có sản lượng lớn thứ hai—chỉ sau khuôn nhựa.
Ví dụ sản phẩm tiêu biểu: vỏ thân xe ô tô
3. Khuôn đúc áp lực (Die Cast Mold)
Khuôn đúc áp lực là một loại khuôn trong lĩnh vực đúc kim loại, sử dụng để gia công hợp kim như nhôm, kẽm nhằm sản xuất các chi tiết cho ô tô, máy móc chính xác, thiết bị điện gia dụng…
Sản phẩm tiêu biểu:
Vỏ máy ảnh kỹ thuật số (thường làm từ hợp kim magie đúc áp lực)
Vỏ dụng cụ điện (máy khoan, máy mài…)
Đúc áp lực (die casting) tương tự như phương pháp ép phun nhựa: hợp kim nhôm (hoặc các hợp kim kim loại khác) được nung chảy rồi bơm vào khuôn kim loại dưới áp suất cao ở nhiệt độ cao để tạo hình. Khác với phương pháp đúc truyền thống dùng khuôn cát, đúc áp lực sử dụng khuôn kim loại, nên còn được gọi là “đúc khuôn kim loại”.
4. Khuôn đúc (Casting Mold)
Đúc là phương pháp sản xuất trong đó các kim loại như gang, đồng… được nóng chảy thành dạng lỏng, sau đó rót vào khuôn, chờ làm nguội và kết tinh thành hình dạng sản phẩm.
- Khuôn dùng cho đúc được gọi là (casting mold).
- Sản phẩm đúc được gọi là (casting).
Ứng dụng tiêu biểu
- Block động cơ ô tô
- Van, ống dẫn, chi tiết máy chịu tải lớn
Đúc có hai phương pháp chính:
- Đúc khuôn kim loại : sử dụng khuôn bằng kim loại, như trong phương pháp đúc áp lực (die casting).
- Đúc khuôn cát: dùng khuôn làm bằng cát.
Với đúc khuôn cát, người ta phải:
- Dùng khuôn gỗ để tạo thành khuôn cát.
- Đổ cát vào khuôn gỗ, rồi đóng rắn cát bằng chất kết dính.
- Tách hai nửa khuôn cát ra, tạo thành rãnh rỗng bên trong.
- Rót kim loại nóng chảy vào rãnh đó để tạo sản phẩm.
So với đúc khuôn kim loại, đúc khuôn cát có hiệu suất sản xuất thấp hơn và chi phí sản phẩm cao hơn, vì phải tốn thời gian và công sức làm khuôn cát thủ công.
5. Khuôn rèn (Forging Mold)
Đây là phương pháp uốn, đập vật liệu kim loại trên khuôn mẫu để tạo hình. Ngày xưa, thợ rèn đập miếng kim loại đỏ rực bằng búa để rèn thành lưỡi kiếm hoặc dao, vì quá trình đập giúp tinh luyện và làm tăng độ bền của kim loại.
- Rèn tự do: Dùng búa và bàn rèn, không sử dụng khuôn cố định; thích hợp cho những chi tiết có hình dạng chưa xác định chính xác.
- Rèn khuôn: Dùng khuôn kim loại định hình sẵn; thích hợp để sản xuất hàng loạt các chi tiết giống nhau.
Các sản phẩm thường làm bằng khuôn rèn bao gồm piston động cơ ô tô, bánh răng, v.v.
Ví dụ ứng dụng: Piston, bánh răng, chi tiết chịu lực cao…
Ngoài 5 loại khuôn chính đã nêu, còn có khuôn dùng cho cao su, khuôn cho thủy tinh, khuôn cho công nghệ ép bột và khuôn cho gốm sứ. Trên phần học này, chúng tôi sẽ tập trung giải thích về khuôn nhựa (plastic mold)—là loại có nhu cầu sử dụng lớn nhất và kết cấu phức tạp nhất.
