Làm khuôn là gì? Quy trình, phát triển và sản xuất nấm mốc

 

Làm khuôn là quá trình công nghiệp thiết kế và chế tạo một khuôn phù hợp (hoặc dụng cụ của người dùng), định hình nguyên liệu thô thành một phần mong muốn. Một khuôn là một khoang chính xác mà vật liệu nóng chảy - như nhựa, kim loại, cao su hoặc silicon - được tiêm hoặc đổ để tái tạo hình học của bộ phận. Nói cách khác, việc tạo khuôn tạo ra một phần âm tính bền bỉ của bộ phận. Khi được tiêm hoặc đúc nhiều lần, khuôn này mang lại các phần giống hệt nhau với khối lượng lớn với dung sai nghiêm ngặt.

Một khuôn tùy chỉnh được thiết kế dành riêng cho nhu cầu thiết kế và sản xuất bộ phận của một khách hàng, thường kết hợp các tính năng chuyên dụng, làm mát và phóng ra. Ví dụ, một khuôn phun nhựa thường được làm từ thép hoặc nhôm cứng và gia công chính xác để mỗi lần tiêm bắn tạo ra một thành phần nhựa thành phẩm. Khuôn tùy chỉnh cho phép các nhà sản xuất đạt được chất lượng và hiệu quả nhất quán; Chúng giảm thiểu thời gian chất thải và chu kỳ, và chúng cho phép đổi mới (ví dụ: hình học phức tạp hoặc các bộ phận đa vật liệu) ở quy mô.

Làm khuôn tùy chỉnhlà rất quan trọng trong các ngành công nghiệp như ô tô, hàng không vũ trụ, y tế và điện tử tiêu dùng, trong đó độ chính xác và độ lặp lại là rất quan trọng. Nó khác với các loại khuôn mẫu đơn giản (chế tạo mốc cao su hoặc silicon bằng tay) ở chỗ nó sử dụng các công nghệ thiết kế và gia công tiên tiến để tạo ra khuôn kim loại cấp sản xuất.

Ví dụ, sau khi một khuôn được thiết kế trong phần mềm CAD/CAM và được tối ưu hóa bằng mô phỏng, các nhà sản xuất sử dụng gia công CNC và gia công phóng điện (EDM) để khắc khối khuôn ra khỏi thép công cụ. Khuôn kim loại đã hoàn thành sau đó được trang bị các kênh làm mát và chân đẩy để nó có thể được gắn trong máy ép phun. Theo cách này, nguyên mẫu làm nấm mốc tùy chỉnh và sản xuất hàng loạt-nó đảm bảo các bộ phận chất lượng cao, chính xác cho sản xuất quy mô lớn.

Mục lục

Chuyển đổi

Lịch sử làm khuôn tùy chỉnh

Làm nấm mốc có rễ cổ nhưng thực sự tăng tốc trong thời đại công nghiệp. Bằng chứng khảo cổ học cho thấy khái niệm nấm mốc có từ hàng ngàn năm: sớm nhất là 3200 trước Công nguyên, Mesopotamian đã sử dụng khuôn đất sét và khuôn đá để đúc các công cụ đồng. Ở Ai Cập cổ đại và Hy Lạp, thợ thủ công đã sử dụng khuôn có thể tái sử dụng cho công việc kim loại và đồ gốm. Thời kỳ Phục hưng và thời kỳ hiện đại đã chứng kiến ​​những tiến bộ trong các kỹ thuật đúc bằng đồng và kim loại, nhưng cuộc cách mạng thực sự diễn ra trong thế kỷ 19 và 20 với nhựa và tự động hóa.

Năm 1872, John và Isaiah Hyatt đã phát minh ra máy ép phun nhựa đầu tiên. Ban đầu thô, thiết bị này đã dẫn đến các sản phẩm tiêu dùng mới (Combs, nút) được làm từ nhựa sớm. Vào đầu những năm 1900, các vật liệu nhựa an toàn hơn như cellulose acetate đã được phát triển. Những năm 1930 đã mang đến các polyme đột phá (polyolefin, polystyrene, PVC). Chiến tranh thế giới thứ hai tăng đáng kể nhu cầu về nhựa đúc (và vật liệu thay thế cho cao su/kim loại khan hiếm). Nhựa sau chiến tranh, sản xuất hàng loạt trở nên phổ biến; Nhà phát minh hệ thống tiêm vít năm 1946 của nhà phát minh đã cải thiện rất nhiều chất lượng khuôn.

Sản xuất nấm mốc cuối thế kỷ 20 đã được chuyển đổi bởi các công nghệ kỹ thuật số. Sự giới thiệu củaCNC (Điều khiển số máy tính) Gia côngTrong những năm 1950, thập niên 60 đã cho phép định hình tự động, chính xác cao của các khối khuôn thép. Các máy EDM dây xuất hiện vào cuối những năm 1960 để cắt thép cứng với độ chính xác cực cao. Vào những năm 1970 và hơn thế nữa, các nhà máy CNC đa trục, công cụ thiết kế CAD/CAM và phần mềm mô phỏng cho phép các khuôn cực kỳ phức tạp và các lần lặp lại nhanh chóng.

Ví dụ, đến các khuôn nhôm năm 1990 đã trở nên phổ biến như một sự thay thế nhanh hơn, chi phí thấp hơn cho thép cho các nguyên mẫu. Ngày nay, các nhà sản xuất khuôn hàng đầu sử dụng CNC 5 trục, phân tích dòng nấm mốc và robot-tất cả đều có kiến ​​thức từ nhiều thập kỷ R & D. Tóm lại, nấm mốc phát triển từ khuôn cát và thạch cao đơn giản đến dụng cụ kim loại tùy chỉnh tinh vi, phản ánh nhu cầu của sản xuất hiện đại.

 

Làm thế nào để tạo khuôn tùy chỉnh hoạt động?

Quá trình tạo khuôn tùy chỉnh thường tuân theo các giai đoạn chính sau:

• Thiết kế & Kỹ thuật:Đầu tiên, các kỹ sư sử dụng phần mềm CAD để tạo mô hình 3D chi tiết của khuôn dựa trên hình học của bộ phận. Các công cụ mô phỏng (ví dụ, dòng khuôn hoặc FEA) phân tích làm đầy, làm mát và ứng suất để tối ưu hóa thiết kế. Các tính năng quan trọng như cổng, người chạy, lỗ thông hơi và vị trí pin phóng được lên kế hoạch ở giai đoạn này.Đối với các bộ phận phức tạp hoặc di sản, kỹ thuật đảo ngược (quét 3D một phần hiện có và tạo mô hình CAD) có thể được sử dụng. Cân nhắc chính được kết hợp: các góc dự thảo (để hỗ trợ phóng ra), độ dày tường đồng đều và phụ cấp co lại phù hợp. Dữ liệu CAD này được sử dụng để phân tích DFM (Thiết kế để sản xuất) và các nhà sản xuất khuôn hàng đầu thường cung cấp phản hồi DFM miễn phí để tránh sửa đổi tốn kém.

• Tạo mẫu:Trước khi cam kết với một công cụ thép cứng, một số dự án sử dụng nguyên mẫu hoặc khuôn mềm. Ví dụ, một khuôn nguyên mẫu nhôm hoặc epoxy nhanh chóng có thể được sản xuất (hoặc thậm chí là một phần chèn in 3D) để xác nhận thiết kế bộ phận. Đ khuôn nguyên mẫu tiên tiến (APM) và những người khác cung cấp các khuôn ngắn hạn như vậy để kiểm tra sự phù hợp, chức năng và tính thẩm mỹ. Theo cách này, bất kỳ vấn đề nào cũng có thể bị bắt sớm.

• Chế tạo khuôn:Tiếp theo, gia công số lượng lớn bắt đầu. Các tấm khuôn thô (thép hoặc nhôm) được xay và bật máy CNC thành khoang thô và hình dạng lõi. Máy phay CNC đa trục khắc ra hầu hết các vật liệu (xem ảnh bên dưới). Đối với các phần cực kỳ khó khăn hoặc các phần mềm phức tạp, gia công phóng điện (EDM) được sử dụng để làm xói mòn thép chính xác. Chế tạo khuôn hiện đại thường chảy như thế này:

  • CNC phay:Các trung tâm phay 3, 4 hoặc 5 trục lớn máy bay khối và các khối lõi thành hình gần cuối.

  • CNC Turn:Nếu cần có các tính năng hình trụ (ví dụ như một khuôn cho một thùng chứa tròn), máy tiện CNC biến thép để tạo thành hình dạng cơ bản.

  • Dây EDM:Một dây mỏng (thường là đồng thau) cắt chính xác, các cấu hình phức tạp hoặc các khuôn riêng biệt khỏi một khối.

  • Ram (chìm) EDM:Các điện cực than chì hoặc đồng có hình dạng giống như khoang được nhúng vào thép cứng bằng chất thải điện để tạo thành các chi tiết phức tạp và các góc sắc nét.

  • CNC mài:Máy mài có độ chính xác cao tinh chỉnh các bề mặt phẳng hoặc các bộ phận hình trụ để chịu đựng chặt chẽ và hoàn thiện mịn màng.

Sau khi gia công, các thành phần khuôn có thể được xử lý nhiệt (đặc biệt nếu độ cứng của thép cần tăng), sau đóHoàn thiện bằng tay. Các kỹ thuật viên lành nghề đánh bóng các bề mặt khoang để đáp ứng các yêu cầu về hoàn thiện bề mặt (đánh bóng gương cho các bộ phận quang học, kết cấu để hoàn thiện mờ). Các tấm nấm mốc sau đó được trang bị phần cứng: chèn các chân phun, đường làm mát (kênh nước hoặc dầu), trụ cột hướng dẫn và ống lót, lò xo, và bất kỳ thanh trượt hoặc máy nâng nào cần thiết để cắt xén. Hai nửa (lõi và khoang) được căn chỉnh và bảo đảm trong một cơ sở khuôn.

• Thử nghiệm và điều chỉnh:Với khuôn được lắp ráp, nó được lắp đặt trong một máy ép đúc để chạy thử. Những bức ảnh thử nghiệm đầu tiên (thường được gọi làMẫu T1) được đúc. Các bộ phận được kiểm tra cho các khiếm khuyết, độ chính xác kích thước và sự phù hợp. Nếu các vấn đề được tìm thấy (ví dụ: ảnh ngắn, flash hoặc partping một phần), khuôn hoặc quy trình được điều chỉnh: kích thước/vị trí cổng có thể được sửa đổi, lỗ thông hơi được thêm vào, làm mát thay đổi hoặc điều chỉnh gia công. Hầu hết các nhà sản xuất khuôn có uy tín bao gồm một vài lần lặp thử nghiệm để đảm bảo khuôn đáp ứng các thông số kỹ thuật.

• Sản xuất:Sau khi được xác nhận, khuôn đã sẵn sàng để sử dụng sản xuất toàn diện trong ép phun, đúc chết hoặc các thiết bị tạo hình khác. Trong hoạt động, khuôn sẽ chu kỳ: kẹp, tiêm, làm mát và phóng ra các bộ phận. Trong suốt, các quyết định thiết kế của nhà sản xuất khuôn (bố trí làm mát, sơ đồ phóng, v.v.) đảm bảo sản xuất ổn định, năng suất cao. Các nhà khai thác có kinh nghiệm điều chỉnh các thông số máy tiêm để tối đa hóa chất lượng bộ phận và giảm thiểu thời gian chu kỳ.

Quy trình làm việc của mỗi dự án có thể khác nhau, nhưng chế tạo khuôn tùy chỉnh hiện đại luôn tích hợp thiết kế kỹ thuật số, gia công chính xác và kiểm tra chất lượng nghiêm ngặt để cung cấp một khuôn mẫu tạo ra các bộ phận một cách đáng tin cậy và nhất quán.

Thiết bị và máy móc bắt buộc để chế tạo khuôn tùy chỉnh

Các nhà sản xuất khuôn tùy chỉnh dựa vào thiết bị chuyên dụng để biến thiết kế thành thực tế. Các máy và công cụ chính bao gồm:

• Trung tâm gia công CNC:Các nhà máy CNC đa trục (3, 4 hoặc 5 trục) là những công việc của việc làm khuôn. Họ loại bỏ vật liệu từ các khối thép hoặc nhôm theo các đường chạy dao tạo ra CAM. Các nhà máy CNC tốc độ cao, có độ chính xác cao có thể tạo ra các khoang và lõi khuôn phức tạp. Lathes CNC cũng được sử dụng cho các thành phần khuôn hình trụ (ví dụ: chèn tròn).

• Máy xả điện (EDM):Theo ghi nhận của các chuyên gia trong ngành, EDM là“Một thành phần quan trọng trong quá trình làm khuônđể tạo ra các khoang chi tiết trong thép cứng. Hai loại là phổ biến:Ram (chìm) EDM, sử dụng một điện cực có hình dạng tùy chỉnh lao vào phôi để đốt cháy hình dạng khoang; VàDây EDM, sử dụng dây được cho ăn liên tục để cắt các đường viền chính xác hoặc các bộ phận từ một khối. EDM vượt trội tại thép cứng và các tính năng phức tạp rất khó để cắt các công cụ.

• Máy mài CNC:Máy mài bề mặt và hình trụ kết thúc khuôn mặt quan trọng để chịu đựng chặt chẽ. Ví dụ, máy mài bề mặt đảm bảo các tấm đế khuôn và bề mặt khoang hoàn toàn bằng phẳng. Nghiền thường được sử dụng gần cuối chế tạo khuôn để đạt được hoàn thiện bề mặt chất lượng cao và kích thước chính xác.

• Thiết bị đánh bóng:Sau khi gia công, các công cụ đánh bóng bằng tay hoặc cơ học (thắt lưng kim cương, bánh mì, bánh xe đệm) tinh chỉnh bề mặt khoang đến mức kết thúc cần thiết, loại bỏ các dấu hiệu công cụ. Bước này là rất cần thiết cho các hiệu ứng rõ ràng hoặc mờ trên các phần cuối cùng.

• Máy đo tọa độ (CMM):Máy đo chính xác xác minh rằng các thành phần khuôn gia công phù hợp với thiết kế và dung sai CAD. Một đầu dò CMM có thể đo các tính năng quan trọng của khoang/lõi để đảm bảo độ chính xác trước khi lắp ráp.

• Công cụ lắp ráp khuôn:Điều này bao gồm các máy ép, giàn thủy lực và đồ đạc để lắp ráp các nửa khuôn, chèn ghim và ống lót, và lắp các phụ kiện đường làm mát. Khai xỏ và tua vít là cần thiết để lắp đặt ghim, ốc vít và phụ kiện nước.

• Lò xử lý nhiệt:Nhiều loại thép yêu cầu xử lý nhiệt (như làm nguội và ủ) để đạt được độ cứng tối ưu. Lò nung để chứa đầy khí, nitriding hoặc giảm căng thẳng thường là một phần của thiết bị của cửa hàng nấm mốc.

• Công cụ phụ trợ:Các máy khoan EDM (để tạo các lỗ pin đầu phun), chạm vào laser (cho số bộ phận hoặc logo) và thậm chí có thể sử dụng máy in 3D (đối với các nguyên mẫu nhựa hoặc lõi cát nhanh).

• Máy ép phun:Mặc dù không trực tiếp là một phần của chế tạo khuôn, việc truy cập vào máy ép đúc là cần thiết để tiêm thử (lấy mẫu T1). Một báo chí thử nghiệm (hoặc cho thuê máy ép của khách hàng) được sử dụng để xác nhận khuôn, vì các nguồn công nghiệp lưu ý tầm quan trọng của việc chạy thử trong chế tạo khuôn.

Các máy này hoạt động trong buổi hòa nhạc: Dữ liệu thiết kế (từ CAD/CAM) được đưa vào thiết bị CNC và EDM, định hình khối khuôn với độ chính xác của micron. Theo hướng dẫn ngành,Gia công của CNC là một thành phần quan trọng, chuyển đổi nguyên liệu thô thành khuôn có hình chính xác. Các máy bổ sung như EDM và máy mài xử lý các chi tiết tốt. Nói tóm lại, một cửa hàng nấm mốc được trang bị tốt sẽ có các nhà máy CNC, EDM, máy nghiền và công cụ hỗ trợ tiên tiến để xử lý mọi giai đoạn xây dựng khuôn.

 

Vật liệu được hỗ trợ để chế tạo khuôn tùy chỉnh

Vật liệu công cụ khuôn:Bản thân khuôn tùy chỉnh hầu như luôn được làm từ kim loại bền hoặc hợp kim hiệu suất cao. Hai vật liệu phổ biến nhất là thép công cụ và nhôm.

• Thép công cụ:Thép cấp khuôn (ví dụ P20, NAK80, H13, S136) được ưa thích cho các khuôn có khối lượng lớn. Họ có thể chịu được hàng triệu chu kỳ tiêm, áp lực tiêm cao và vật liệu mài mòn. Thép công cụ có khả năng chống mài mòn và có thể được đánh bóng để hoàn thiện gương. Như một ghi chú nguồn, khuôn thép sẽ kéo dài hơn, đảm bảo độ bền lớn hơn so với các vật liệu thay thế. Độ cứng và độ bền có thể được điều chỉnh thông qua xử lý nhiệt. Tuy nhiên, thép đắt tiền và chậm hơn với máy (đặc biệt là các lớp cứng).

• Nhôm:Đối với các công cụ có khối lượng thấp hơn hoặc nguyên mẫu, các hợp kim nhôm (như 7075-T6) thường được sử dụng vì chúng máy bay nhanh hơn nhiều. Khuôn nhôm có giá thấp hơn và có thể được xây dựng nhanh chóng, nhưng chúng bị hao mòn sớm hơn. Như các chuyên gia tạo mẫu tiên tiến giải thích, nhôm là một loại thay thế rẻ hơn, vẫn cung cấp các bộ phận chất lượng cao trong nhiều trường hợp. Nó phù hợp để chạy trong hàng trăm hoặc hàng ngàn phần.

• Hợp kim đồng:Trong các trường hợp cụ thể, các hợp kim đồng như beryllium-đồng được chèn vào khuôn thép ở các điểm quan trọng. Beryllium-đồng có độ dẫn nhiệt đặc biệt, tăng tốc độ làm mát. Nó có thể giảm đáng kể thời gian chu kỳ, mặc dù nó đắt hơn. Mặc dù không được trích dẫn ở trên, thực tiễn công nghiệp sử dụng các chèn đồng, đặc biệt là xung quanh cổng hoặc lõi chạy nóng.

• Vật liệu dụng cụ mềm:Đối với dụng cụ nhanh hoặc khối lượng rất thấp, vật liệu mềm hơn có thể hình thành khuôn. Các vật đúc epoxy hoặc polyurethane (thường được làm từ khuôn silicon master) có thể được sử dụng để tạo khuôn cho các nguyên mẫu ngắn hạn hoặc nguyên mẫu. Những khuôn mềm mềm này của người Viking không tốn kém và nhanh chóng để sản xuất, nhưng không lâu dài. Công ty nguyên mẫu tiên tiến APM nhấn mạnh cung cấp khuôn mẫu mềm khi độ bền không phải là một mối quan tâm.

Vật liệu phần đúc:Ở phía bên kia,Những vật liệu nào có thể được định hình bởi các khuôn này?Hầu như bất kỳ vật liệu có thể đúc được nào cũng có thể được sử dụng, tùy thuộc vào quy trình:

• Nhựa (Nhiệt nhựa & Thermosets):Phổ biến nhất là nhựa nhiệt dẻo (như ABS, polypropylen, nylon, polycarbonate, pom, v.v.), được tan chảy và tiêm. Nhựa nhiệt (như phenolic, epoxy) và silicon chất lỏng (LSR) cũng được đúc trong các khuôn tùy chỉnh. Danh sách nguồn công nghiệpPhạm vinhiệt nhựa, polyme nhiệt và chất đàn hồi"như vật liệu khuôn phun điển hình. Các hợp chất cao su và chất đàn hồi silicon (ví dụ, hải cẩu ô tô) yêu cầu khuôn được thiết kế cho vật liệu linh hoạt.

• Kim loại (đúc chết):Khuôn (chết) cũng được sử dụng để định hình các hợp kim kim loại bằng cách đúc áp suất cao.Chết đúc chếtlà các công cụ bằng thép tùy chỉnh mà đúc kim loại nóng chảy (ví dụ như nhôm, kẽm, magiê, đồng). Ví dụ, các bộ phận động cơ tự động có thể được sản xuất trong khuôn đúc nhôm. Quá trình chế tạo khuôn tùy chỉnh áp dụng cho việc đúc chết bằng cách sử dụng các nguyên tắc thiết kế và gia công tương tự, nhưng với những cân nhắc đặc biệt để hòa tan kim loại và áp suất cao.

• Các tài liệu khác:Các khuôn có thể hình thành vật liệu tổng hợp (ví dụ: carbon hoặc nhựa nhiệt dẻo chứa đầy thủy tinh) và gốm (ví dụ như ép phun gốm). Ngay cả các sản phẩm thực phẩm (sô cô la, khuôn kẹo) hoặc đúc thạch cao trong kiến ​​trúc dựa vào khuôn, mặc dù thường sử dụng các vật liệu khuôn mềm hơn.

Tóm lại, các nhà sản xuất khuôn tùy chỉnh xây dựng các công cụ của họ từ thép, nhôm hoặc hợp kim chuyên dụng, chọn dựa trên khối lượng một phần và vật liệu. Những công cụ này sau đó hỗ trợ một loạt các vật liệu có thể đúc-từ nhựa và cao su hàng ngày đến kim loại đúc-cho phép hàng ngàn hoặc hàng triệu bộ phận giống hệt nhau.

Quy trình sản xuất sử dụng chế tạo khuôn tùy chỉnh

Khuôn tùy chỉnh là trung tâm của nhiều quy trình sản xuất. Các ví dụ chính bao gồm:

• Đúc phun nhựa:Cho đến nay, việc sử dụng phổ biến nhất của các khuôn tùy chỉnh, việc ép phun nguyên liệu nhựa nóng chảy vào khoang khuôn dưới áp lực. Sau khi được làm mát, phần nhựa chính xác được đẩy ra và chu kỳ lặp lại. Khuôn phun có thể có nhiều khoang để tạo ra một số phần mỗi chu kỳ. Quá trình này là lý tưởng cho việc sản xuất khối lượng lớn các thành phần nhựa phức tạp.

• Đúc nén:Được sử dụng chủ yếu cho nhựa nhiệt và cao su. Một con sên nguyên liệu đo trước được đặt trong một khuôn mở, sau đó khuôn đóng lại và nhiệt/áp suất buộc vật liệu lấp đầy khoang. Nó thường được sử dụng cho các bộ phận lớn, dày hoặc cấu trúc (ví dụ: các bộ phận dưới ô tô, bảng thiết bị). Khuôn nén tùy chỉnh được thiết kế với cấu trúc mạnh mẽ để xử lý áp lực nặng nề.

• Đúc:Quá trình này tạo ra các bộ phận nhựa rỗng (như chai hoặc bể). Một loại nhựa được làm nóng được đặt trong khuôn hai phần và sau đó được mở rộng với áp suất không khí để có hình dạng của khuôn. Khuôn thổi tùy chỉnh (thường là khuôn phân chia hai phần) được thực hiện cho mỗi thiết kế sản phẩm và phải chịu được các chu kỳ khí nén lặp đi lặp lại.

• Đúc quay (Roto):Một khuôn được xoay từ từ (thường là biAx) với bột nhựa hoặc nhựa bên trong. Nhiệt làm cho nhựa tan chảy và phủ lên bên trong, tạo thành một phần rỗng. Khuôn quay thường đơn giản hơn nhiều (thường chỉ có một hoặc hai mảnh) vì không có áp suất cao. Chúng được sử dụng cho các bộ phận rỗng lớn (thuyền kayak, xe tăng, thiết bị sân chơi).

• Nhựa lỏng (RTV) & urethane đúc:Để tạo mẫu hoặc chạy ngắn, khuôn silicon (RTV) hoặc khuôn đúc urethane được sử dụng. Một mẫu chính được sử dụng để tạo ra một khuôn silicon, sau đó được sử dụng để đúc các bộ phận trong urethane hoặc epoxy. Khuôn RTV tùy chỉnh sao chép hình học với chi phí thấp. Mặc dù không phải là kim loại, chúng tuân theo các nguyên tắc làm khuôn của các hốc hình chính xác.

• Đúc chân không:Thường được sử dụng trong tạo mẫu, khuôn silicon được đặt trong buồng chân không nơi giới thiệu nhựa chất lỏng. Điều này được đề cập như một kỹ thuật bổ sung. Nó tạo ra các lô nhỏ của các bộ phận nhựa từ khuôn.

• Đúc chết (đúc kim loại):Kim loại nóng chảy (thường là nhôm, kẽm hoặc magiê) được tiêm dưới áp suất cao vào khuôn thép tùy chỉnh (DE DE). Phần kim loại làm mát được đẩy ra. Các khuôn đúc chết phải rất chắc chắn để chịu được nhiệt độ và áp suất cao. Quá trình này là phổ biến cho vỏ kim loại, bộ phận động cơ và phần cứng điện.

• Đúc cao su & silicon:Các khuôn phun chuyên dụng tồn tại cho cao su (ví dụ như cao su silicon chất lỏng hoặc chất đàn hồi nhiệt dẻo). Những khuôn này thường được làm nóng để chữa cao su và có thể bao gồm bong bóng hoặc thông hơi để giải phóng không khí.

Trong thực tế, bất kỳ quy trình đúc nào định hình vật liệu thông qua khoang cứng đều dựa vào khuôn tùy chỉnh. Tóm tắt nhiều nguồn: đúc phun (nhựa), đúc nén (nhiệt), đúc thổi (nhựa rỗng), đúc chân không (nhựa nguyên mẫu) và đúc đầu tư/kim loại (cho kim loại) đều sử dụng dụng cụ tùy chỉnh. Mỗi quy trình có các quy tắc thiết kế khuôn riêng, nhưng khái niệm cơ bản-một khuôn mẫu được thiết kế tùy chỉnh là công cụ sản xuất-là không đổi.

 

Chi phí sản xuất khuôn tùy chỉnh là bao nhiêu?

Các khuôn tùy chỉnh liên quan đến đầu tư trả trước đáng kể. Chi phí điển hình phạm vi rộng rãi tùy thuộc vào độ phức tạp, kích thước, vật liệu và số lượng sâu răng. Các nguồn công nghiệp cung cấp số liệu về sân bóng: Các khuôn mẫu đơn đơn giản có thể bắt đầu khoảng 3.000 đô la 6.000 đô la, trong khi các khuôn đa dạng lớn hoặc các khuôn phức tạp có thể vượt quá 100.000 đô la. Trên thực tế, Formlabs báo cáo rằng các khuôn phun nhựa có thể thay đổi từ ít nhất là 100 đô la (đối với một công cụ nguyên mẫu in 3D thô) lên tới 100.000 đô la+ cho một khuôn thép khối lượng cao phức tạp. Một lưu ý chuyên môn khác là các khuôn cấp công nghiệp (đặc biệt là trong lĩnh vực ô tô) có thể dao động từ 15.000 đô la cho các thiết kế đơn giản đến hơn 500.000 đô la cho các bộ công cụ rất lớn, phức tạp.

Các yếu tố chính thúc đẩy chi phí khuôn là:

• Sự phức tạp một phần:Các hình dạng phức tạp, chi tiết tốt và dung sai chặt chẽ đòi hỏi gia công thêm (nhiều hoạt động EDM hơn, đánh bóng tốt, v.v.), tăng chi phí. Deep Undercut hoặc thanh trượt thêm độ phức tạp.

• Số lượng sâu răng:Một khuôn 4 ổ cắm có giá cao hơn bốn lần một khuôn 1 cam, vì mỗi khoang cần các hoạt động công cụ riêng.

• Kích thước khuôn:Các khuôn lớn hơn (đối với các bộ phận lớn hoặc đa đế) có giá cao hơn do các khối thép lớn hơn và thời gian gia công dài hơn.

• Vật liệu:Khuôn thép có giá cao hơn các nguyên mẫu nhôm, cả về nguyên liệu thô và thời gian gia công. Thép đặc biệt (ví dụ như các cấp chống ăn mòn hoặc cực lớn) thêm vào chi phí.

• Thời gian gia công:Loại bỏ vật liệu hơn và hoàn thiện tốt có nghĩa là giờ máy cao hơn. Các khuôn phức tạp có thể cần nhiều điện cực EDM (mỗi loại được gia công riêng biệt) và nhiều bước mài/đánh bóng hơn. Hướng dẫn ngành lưu ý rằngKích thước khuôn, độ phức tạp, loại [và] số lượng khoang tiêmlà những yếu tố chi phí chính.

• Yêu cầu về âm lượng:Đối với các hoạt động sản xuất rất lớn, đầu tư vào một khuôn thép cứng hoàn toàn với tuổi thọ dài hơn là hợp lý (mặc dù với chi phí cao hơn). Đối với các hoạt động ngắn, dụng cụ mềm rẻ hơn có thể đủ.

• Đặc trưng:Các hệ thống chạy nóng (để loại bỏ người chạy), các kênh làm mát phù hợp (cho các chu kỳ nhanh hơn), lớp phủ đặc biệt và kết cấu bề mặt có độ chính xác cao đều tăng chi phí.

• Tiêu chuẩn chất lượng:Chứng nhận (ISO, y tế, v.v.), kiểm tra rộng rãi và chất lượng Ba Lan (Mirror Class Matror so với Matte) cũng thêm vào chi phí dụng cụ.

Phá vỡ một thành phần chi phí điển hình: Chỉ riêng thép thô có thể là hàng ngàn đô la; Lao động (thời gian CNC/EDM) thường là số lượng lớn. Một số nguồn chia chi phí thành vật liệu + gia công + phí thiết kế. Ví dụ, một công ty tuyên bố các khuôn mẫu đơn giản có thể có giá ~ 100 USD, trong khi một khuôn thép đa khoang đa dạng phức tạp có thể đạt 100.000 USD. Nhựa tiên tiến giải thích tương tự các khuôn cơ bản thường chạy ở hàng ngàn trong khi các khuôn lớn hơn có nhiều khoang“Bắt đầu ở mức 25.000 đô la và có thể làm việc theo cách của họ".

Cân nhắc thiết kế để làm khuôn tùy chỉnh

Thiết kế một khuôn đòi hỏi sự chú ý cẩn thận đến nhiều chi tiết. Những cân nhắc chính bao gồm:

• Thiết kế một phần & bản nháp:Đảm bảo bộ phận có các góc dự thảo đầy đủ (côn trên các bức tường thẳng đứng) để cho phép phóng ra. Các hướng dẫn phổ biến đề xuất bản nháp 1 nhiệt3 ° trên hầu hết các tính năng. Thêm bản nháptường thonlà rất quan trọng - nó ngăn các bộ phận liên kết trong khuôn. Các phần có tường thẳng đứng phẳng sẽ cần các slide hoặc lõi có thể thu gọn nếu không thể cung cấp bản nháp. Philê (góc tròn) cũng được sử dụng để giảm nồng độ căng thẳng.

• Độ dày và tính đồng nhất của tường:Độ dày tường nhất quán tránh các dấu chìm và warpage. Nếu độ dày phải thay đổi, kết hợp bán kính hào phóng (không có bước dày). Phần mỏng hơn mát nhanh hơn; Thiết kế chiến lược gating hoặc đóng gói cho phù hợp.

• Hệ thống Gating và Runner:Xác định nơi nhựa sẽ vào khuôn. Vị trí cổng ảnh hưởng đến dòng vật liệu, đường hàn và chất lượng mỹ phẩm. Gates nên được đặt để lấp đầy khoang một cách hiệu quả và tránh các khu vực căng thẳng cao. Hệ thống chạy bộ (vận động viên lạnh hoặc nóng) phải cân bằng dòng chảy đến tất cả các hốc. Các hệ thống chạy nóng loại bỏ chất thải của người chạy nhưng thêm độ phức tạp và chi phí.

• Truyền thông:Khuôn phải cho phép không khí thoát ra khi lấp đầy vật liệu. Các lỗ thông hơi (khoảng cách nhỏ hoặc các khe thông hơi chuyên dụng) là cần thiết ở cuối đường dẫn (đối diện cổng) để ngăn các vết bỏng hoặc lấp đầy không đầy đủ. Thông hơi thích hợp thường xuống một pin đẩy hoặc chèn xốp, như được đề xuất bởi các hướng dẫn thiết kế.

• Hệ thống làm mát:Các kênh làm mát hiệu quả ảnh hưởng lớn đến thời gian chu kỳ và chất lượng bộ phận. Thiết kế các mạch làm mát gần với các khu vực nóng của khoang và đối xứng. Các phương pháp hiện đại bao gồm làm mát phù hợp (các kênh tuân theo hình học phần). Một khuôn làm mát tốt giữ cho nhiệt độ đồng nhất, giảm thời gian chu kỳ và đường cong vênh. Các nhà sản xuất khuôn thường xuyên sử dụng mô phỏng dòng khuôn để tối ưu hóa bố cục làm mát.

• Hệ thống phóng:Lập kế hoạch ghim, tay áo hoặc tấm vũ nữ thoát y để đẩy các bộ phận ra một cách an toàn. Các chân đẩy để lại các vết tròn nhỏ, vì vậy chúng thường được đặt trên các bề mặt không quan trọng. Đảm bảo có đủ chân để giải phóng phần mà không bị biến dạng. Xem xét phóng xen kẽ (thoát y, phóng không khí) cho các phần tinh tế hoặc rất phẳng.

• Dòng chia tay:Quyết định nơi khuôn phân tách. Dòng chia tay thường dọc theo căn hộ hoặc tính năng lớn nhất trong phần. Một dòng chia tay được lựa chọn tốt giảm thiểu các đường nối có thể nhìn thấy trên phần cuối cùng và làm cho khuôn dễ dàng hơn với máy.

• Undercut và slide:Nếu bộ phận có các phần cắt (các tính năng sẽ bẫy nó trong khuôn), thiết kế các slide hoặc máy nâng vào khuôn. Các chèn khuôn di chuyển này có thể hình thành các phần dưới nhưng thêm vào độ phức tạp và chi phí của công cụ. Vị trí và cơ chế cho các slide như vậy phải được thiết kế cẩn thận.

• Dung sai và kết thúc:Chỉ định dung sai quan trọng và hoàn thiện bề mặt trên bản vẽ khuôn. Kết thúc có kết cấu cao hoặc kết cấu trên phần nhựa yêu cầu đánh bóng khuôn hoặc kết cấu tương ứng. Dung sai kích thước chặt chẽ (ví dụ ± 0,01mm) đòi hỏi phải gia công và kiểm tra chính xác hơn.

Tiêu chuẩn liên quan ：

• ISO 2768 (Tiêu chuẩn dung sai chung)
• DIN 7168 (dung sai kích thước gia công)
• GB/T 1804 (Tiêu chuẩn dung sai chiều Trung Quốc)

• Lựa chọn vật chất:Lựa chọn vật liệu khuôn (cấp thép) sẽ phản ánh tuổi thọ và vật liệu của khuôn dự kiến ​​sẽ được đúc. Thép cứng hơn cho nhựa mài mòn hoặc chứa đầy thủy tinh; Thép chống ăn mòn nếu đúc nhựa ăn mòn.

• Mô phỏng và phân tích:Thiết kế khuôn hiện đại hầu như luôn luôn sử dụng dòng nấm mốc hoặc FEA để dự đoán các mẫu làm đầy, hiệu quả làm mát và warpage. Điều chỉnh thiết kế dựa trên kết quả mô phỏng có thể ngăn chặn những sai lầm tốn kém.

Những cân nhắc này đảm bảo một chức năng khuôn đúng cách. Các nhà thiết kế thường lặp lại giữa kỹ sư một phần và nhà sản xuất khuôn trong giai đoạn đầu. Trên thực tế, nhiều công ty cung cấp mộtDFM miễn phí(Thiết kế để sản xuất) Phân tích để bắt các vấn đề như không đủ bản nháp hoặc xương sườn dày trước khi bắt đầu công cụ. Kết hợp các thực tiễn tốt nhất ở giai đoạn thiết kế làm giảm thử nghiệm và lỗi sau đó.

Ví dụ, các hướng dẫn học thuật nhấn mạnh việc giữ các bức tường bên song song để giảm bớt bản nháp và tránh các xương sườn hẹp sâu làm phức tạp thông gió. Tóm lại, thiết kế khuôn tốt cân bằng các yêu cầu bộ phận, các ràng buộc sản xuất và quy trình đúc được chọn để đạt được một công cụ đáng tin cậy, hiệu quả về chi phí.

Các vấn đề phổ biến trong chế tạo khuôn tùy chỉnh

Mặc dù thiết kế cẩn thận, một số vấn đề có thể phát sinh trong quá trình sản xuất nấm mốc hoặc nấm mốc. Các nhóm mua sắm nên nhận thức được những vấn đề phổ biến này:

• Khiếm khuyết bộ phận:Ngay cả với một khuôn được làm tốt, các khiếm khuyết có thể xảy ra ở các phần đúc. Các khiếm khuyết phổ biến bao gồm Warpage (biến dạng một phần do làm mát hoặc co ngót không đồng đều), các vết chìm (khu vực chìm nơi các phần dày được làm mát chậm hơn) và flash (vật liệu dư thừa dọc theo các đường chia tay từ kẹp không hoàn chỉnh). Những khiếm khuyết này thường chỉ trở lại thiết kế khuôn hoặc cài đặt quy trình (ví dụ như cân bằng làm mát không đầy đủ, lực kẹp không đủ, thông hơi kém). Như các kỹ sư của ngành lưu ý, mốc thiếu sót hoặc thiết kế một phần, dao động nhiệt độ hoặc lựa chọn vật liệu không phù hợp có thể dẫn đến sự không hoàn hảo như vậy.

• Ảnh ngắn (điền không đầy đủ):Một phát bắn ngắn xảy ra khi khoang khuôn không được lấp đầy hoàn toàn (thường là do tốc độ tiêm cao mà không có đủ áp lực hoặc tắc). Điều này dẫn đến các phần không đầy đủ. Nó có thể xuất phát từ các cổng không được đánh giá thấp, làm mát quá nhanh hoặc không khí bị mắc kẹt (thông hơi xấu).

• Dòng chảy và đường hàn: Dòng chảy(Các vệt có thể nhìn thấy trên bề mặt) xảy ra khi vận tốc phía trước tan chảy khác nhau.Dòng hànxảy ra khi hai mặt trận dòng chảy gặp nhau và không hợp nhất hoàn hảo, làm suy yếu phần. Chúng thường có thể giải quyết được bằng cách điều chỉnh vị trí cổng hoặc nhiệt độ khuôn.

• Vấn đề vật chất:Độ ẩm trong nhựa hút ẩm có thể gây raSplay(sọc bạc) hoặc bỏng. Các chất gây ô nhiễm trong các viên có thể gây ra khoảng trống hoặc đốm đen trong các phần. Sử dụng vật liệu sấy khô và chất lượng cao đúng cách là rất quan trọng.

• Dung sai gia công:Trong quá trình chế tạo, các lỗi trong gia công có thể gây ra sự sai lệch của các nửa khuôn, dẫn đến các bộ phận flash hoặc không khớp. CNC và EDM chính xác cao là cần thiết; Hoàn thiện không đủ có thể để lại dấu hiệu công cụ hoặc lỗi kích thước.

• Mốc hao mòn và thiệt hại:Theo thời gian, khuôn có thể mặc (các cạnh tròn, cổng bị xói mòn) hoặc bị hư hại (vết nứt do căng thẳng cao, ăn mòn nếu độ ẩm). Bảo trì không đầy đủ (ví dụ, không làm sạch lỗ thông hơi hoặc chạy các vật liệu mài mòn mà không có lớp phủ) có thể rút ngắn tuổi thọ nấm mốc. Các nhà sản xuất khuôn có tay nghề thường áp dụng lớp phủ bề mặt (như mạ NIP) trên các khu vực quan trọng để kéo dài sự sống.

• Chi phí cao và sự chậm trễ:Các khuôn tùy chỉnh phức tạp là tốn kém và tốn thời gian. Đánh giá thấp sự phức tạp trong quá trình trích dẫn hoặc thiết kế có thể dẫn đến chi phí vượt trội và lên lịch trượt. Thay đổi đơn đặt hàng sau khi xây dựng khuôn bắt đầu (ví dụ: thay đổi thiết kế phần) đặc biệt tốn kém.

• Khoảng cách giao tiếp:Bởi vì chế tạo nấm mốc là kỹ thuật, thông tin sai lệch giữa người mua và nhà sản xuất về các thông số kỹ thuật có thể gây ra vấn đề. Ví dụ, không làm rõ dung sai hoặc chất lượng bề mặt có thể dẫn đến sự không phù hợp giữa các kỳ vọng và công cụ được cung cấp.

Lập kế hoạch cẩn thận, chọn một nhà sản xuất khuôn có kinh nghiệm và kiểm soát chất lượng liên tục có thể giảm thiểu các vấn đề này. Nhiều nhà sản xuất khuôn (như Huazhi) nhấn mạnh phân tích DFM trả trước và nhiều vòng lấy mẫu để bắt và giải quyết vấn đề sớm. Bằng cách hiểu những thách thức phổ biến này, các nhóm mua sắm có thể đặt câu hỏi đúng và làm việc với nhà sản xuất để đảm bảo một dự án suôn sẻ.

Phần kết luận:

Tóm lại, chế tạo khuôn tùy chỉnh là sự pha trộn tinh vi của kỹ thuật, khoa học vật liệu và sản xuất. Nó cho phép sản xuất hàng loạt các bộ phận phức tạp bằng cách tạo các công cụ chính xác phù hợp với từng thiết kế. Bài viết này đã bao gồm toàn bộ phạm vi: từ định nghĩa và lịch sử sản xuất nấm mốc, thông qua các bước kỹ thuật và thiết bị liên quan, đến chi phí, thời gian, mẹo thiết kế và những cạm bẫy phổ biến. Với gần như mọi lĩnh vực sản xuất hiện đại dựa vào khuôn mẫu tùy chỉnh, một nhóm mua sắm có hiểu biết có thể đưa ra các quyết định chiến lược về thiết kế và nhà cung cấp.

Tại sao chọn Huazhi để chế tạo khuôn tùy chỉnh

Khuôn HuazhiNổi lên như một lựa chọn mạnh mẽ để làm khuôn tùy chỉnh. Với 20 năm kinh nghiệm trong ngành, Huazhi tuyên bố chuyên môn sâu sắc về khuôn mẫu ô tô và công nghiệp. Họ cung cấp phân tích DFM miễn phí để tối ưu hóa thiết kế của bạn về khả năng sản xuất và chi phí. Quá trình của họ bao gồm kiểm soát chất lượng 16 điểm nghiêm ngặt từ thiết kế đến phân phối và tập trung vào hiệu quả: vị trí cổng và các kênh làm mát được thiết kế để giảm thiểu thời gian biến dạng và chu kỳ. Huazhi cũng nhấn mạnh giá cả cạnh tranh, tối ưu hóa từng bước để tiết kiệm tới 20% chi phí và thời gian chung cho khách hàng.

Khi bạn chọn Huazhi, bạn hợp tác với một nhóm cung cấp hỗ trợ thiết kế tư vấn và quản lý dự án kỹ lưỡng. Hồ sơ theo dõi của họ về các giải pháp tùy chỉnh (từ đa tạp lượng ô tô đến khuôn nhà ở chi tiết) thể hiện khả năng của họ. Nói tóm lại, Huazhi kết hợp công nghệ tiên tiến, chất lượng nghiêm ngặt và dịch vụ tập trung vào khách hàng để đảm bảo khuôn mẫu tùy chỉnh của bạn đáp ứng các yêu cầu.

Nếu dự án tiếp theo của bạn liên quan đến một khuôn mẫu chuyên dụng - cho dù để tiêm, đúc chết hoặc quy trình đúc khác - chuyên môn của Huazhi có thể là vô giá. Nhóm của họ đã sẵn sàng hướng dẫn bạn từ khái niệm này sang sản xuất, đảm bảo cung cấp hiệu quả khuôn mẫu hiệu suất cao.Liên hệ với HuazhiHôm nay để báo giá hoặc tư vấn và biến dự án tạo khuôn tùy chỉnh của bạn thành hiện thực.

Câu hỏi thường gặp

Q: Những yếu tố nào quyết định chi phí sản xuất khuôn tùy chỉnh?
A: Chi phí phụ thuộc vào nhiều biến. Các yếu tố chính bao gồm độ phức tạp của nấm mốc (hình học, số lượng sâu răng, cắt xén), vật liệu của khuôn (thép có giá cao hơn nhôm) và số lượng/khối lượng (khối lượng lớn chạy bằng cách biện minh cho khuôn chất lượng cao hơn).

Thời gian máy là một trình điều khiển lớn: khuôn lớn hoặc chi tiết tốt đòi hỏi nhiều giờ CNC/EDM hơn. Các tính năng bổ sung như người chạy nóng, lớp phủ đặc biệt hoặc dung sai rất chặt chẽ cũng thêm chi phí. Nói tóm lại, một khuôn nguyên mẫu đơn giản có thể chỉ là vài nghìn đô la, trong khi khuôn thép sản xuất đầy đủ cho khối lượng lớn có thể dễ dàng vượt quá sáu con số.

Q: Mất bao lâu để xây dựng khuôn của tôi?
A: Thời gian dẫn khác nhau. Một khuôn mẫu nguyên mẫu đơn vị có thể được phân phối trong khoảng 3 tuần4. Một khuôn sản xuất khoang 2 tiêu chuẩn 4 thường mất 6 tuần12. Các khuôn đa biến hoặc đa sườn rất phức tạp có thể mất 3 tháng6.

Những mốc thời gian này bao gồm thiết kế, gia công và thử. Chọn nhôm cho khuôn quay nhanh hoặc cung cấp dữ liệu thiết kế đầy đủ và rõ ràng có thể rút ngắn dòng thời gian. Lập kế hoạch cho phù hợp, vì mỗi khoang bổ sung hoặc hành động trượt thêm thời gian.

Q: Những vật liệu nào có thể được đúc với khuôn tùy chỉnh?
A: Khuôn tùy chỉnh có thể xử lý một loạt các vật liệu. Trong nhựa, bất kỳ loại nhựa nhiệt dẻo điển hình (ABS, PP, nylon, PC, v.v.) và nhiệt (epoxy, phenolic) có thể được đúc. Elastomers và silicone lỏng (LSR) cũng là phổ biến. Đối với các bộ phận kim loại, khuôn đúc cho phép hợp kim như nhôm, kẽm và magiê.

Một số khuôn tùy chỉnh được làm cho cao su, gốm sứ, hoặc thậm chí vật liệu tổng hợp. Về cơ bản, nếu một vật liệu có thể được đúc hoặc tiêm và làm mát trong khoang, nó có thể được xử lý bởi một khuôn tùy chỉnh. Thiết kế khuôn được chọn sẽ phản ánh vật liệu - ví dụ, khuôn cho cao su cần thông hơi khác với khuôn nhựa.