TÓM TẮT NHANH

Nứt khuôn dập là một sự cố sản xuất nghiêm trọng, chủ yếu do ứng suất quá mức, khuyết tật vật liệu, sai sót vận hành và thiết kế khuôn kém. Các nguyên nhân chính bao gồm ứng suất nén cục bộ dẫn đến hiện tượng biến cứng, sự giải phóng ứng suất nội tại trong vật liệu, và các khuyết tật về học kim trong khuôn hoặc phôi. Bôi trơn không đủ, căn chỉnh thiết bị không chính xác và hình dạng khuôn không hợp lý—như bán kính hoặc khe hở không đúng—cũng là những yếu tố đóng góp đáng kể vào sự hỏng hóc sớm của khuôn.

Hiểu Rõ Sự Khác Biệt Quan Trọng: Nứt so với Tách

Trước khi chẩn đoán một sự cố, điều cần thiết là phải phân biệt giữa nứt và rách, vì nguyên nhân gốc rễ và các giải pháp khắc phục của chúng về cơ bản là khác nhau. Việc xác định sai chế độ hỏng hóc thường dẫn đến các hành động sửa chữa không chính xác và kém hiệu quả. Mặc dù cả hai đều dẫn đến việc bộ phận bị loại bỏ, nhưng chúng bắt nguồn từ các trạng thái ứng suất trái ngược nhau.

Chia là một dạng hỏng do kéo. Nó xảy ra khi kim loại bị kéo giãn quá mức vượt quá khả năng giãn dài tối đa của nó. Quá trình này thường đi kèm theo hiện tượng mỏng rõ rệt ở vật liệu được gọi là “thắt cổ”. Hãy hình dung giống như kéo dãn một miếng kẹo taffy cho đến khi nó thắt lại ở giữa và cuối cùng đứt ra. Trong quá trình tạo hình kéo sâu, hiện tượng rách thường xuất hiện dưới dạng vết đứt ngang gần bán kính chày, nơi vật liệu đã bị kéo mỏng quá mức. Các giải pháp phổ biến bao gồm tăng bán kính chày, cải thiện bôi trơn hoặc sử dụng vật liệu có tính giãn dài tốt hơn.

Nứt , ngược lại, là một dạng hỏng do nén. Nó xảy ra khi chịu quá nhiều lực nén cục bộ, khiến vật liệu bị biến cứng và giòn quá mức ở một khu vực cụ thể. Như được phân tích chi tiết bởi Người chế tạo , kiểu hư hỏng này làm cho kim loại tại vị trí gãy dày hơn so với trạng thái ban đầu. Các vết nứt thường xuất hiện dưới dạng hỏng dọc và ngày càng phổ biến hơn ở các loại thép cường độ cao và thép không gỉ. Việc cố gắng sửa chữa một vết nứt bằng giải pháp dành cho vết xé sẽ chỉ làm vấn đề trở nên nghiêm trọng hơn.

Để hỗ trợ chẩn đoán chính xác, hãy xem xét những điểm khác biệt chính sau:

Nguyên nhân liên quan đến vật liệu và các khuyết tật vốn có

Tính chất vật lý và hóa học của cả phôi gia công lẫn vật liệu khuôn thường là nguyên nhân phổ biến gây nứt. Những hỏng hóc bắt nguồn từ vật liệu có thể rất tinh vi nhưng lại ảnh hưởng lớn đến tỷ lệ sản phẩm đạt và tuổi thọ khuôn. Các vấn đề này có thể được phân thành hai nhóm chính: lỗi liên quan đến vật liệu phôi được dập vuốt và khuyết tật trong vật liệu chế tạo khuôn.

Đối với phôi gia công, việc chọn lựa vật liệu thô không phù hợp là nguyên nhân chủ yếu. Những vật liệu có độ dẻo thấp hoặc chỉ số biến cứng nguội cao, như thép không gỉ austenit, đặc biệt dễ bị ảnh hưởng. Trong quá trình biến dạng, những vật liệu này có thể trải qua chuyển biến pha, tạo thành cấu trúc martensite giòn, làm tăng nguy cơ nứt, như đã được các chuyên gia tại Kanou Mould . Ngoài ra, các khuyết tật bề mặt trên phôi, chẳng hạn như vết xước hoặc mài mòn, có thể làm gián đoạn dòng chảy trơn tru của vật liệu vào cối, dẫn đến nứt gãy, một vấn đề phổ biến được nhấn mạnh bởi Gia công chính xác .

Về phía thiết bị, chất lượng vật liệu cối là yếu tố hàng đầu. Ví dụ, một cối làm từ hợp kim cacbua kém chất lượng có thể dẫn đến hỏng hóc nghiêm trọng. Phân tích thất bại chi tiết trong Tạp chí Ống & Phụ kiện của The Fabricator chỉ ra các khuyết tật kim loại học như độ xốp do thiêu kết không đúng cách là nguyên nhân chính. Khi bột cacbua không được thiêu kết đúng quy trình, các thành phần vonfram và coban không liên kết đúng cách, làm giảm độ bền cấu trúc và khả năng chịu ứng suất kéo của cối. Điều này tạo ra các điểm yếu nơi mà các vết nứt có thể dễ dàng hình thành và lan rộng.

Để giảm thiểu các sự cố liên quan đến vật liệu này, một số chiến lược sau đây rất hiệu quả:

• Lựa chọn vật liệu: Chọn các vật liệu có độ dẻo và khả năng tạo hình tốt cho ứng dụng dự định. Đối với các vật liệu gia công biến cứng đáng kể, cần lên kế hoạch cho quá trình ủ trung gian để khôi phục độ dẻo dai.
• Kiểm soát chất lượng: Thực hiện kiểm tra nghiêm ngặt nguyên vật liệu đầu vào để phát hiện các khuyết tật bề mặt hoặc sự không đồng đều về độ dày.
• Đặc tả vật liệu khuôn Yêu cầu sử dụng hợp kim cacbua chất lượng cao, được thiêu kết đúng cách hoặc các loại thép dụng cụ phù hợp khác từ các nhà cung cấp uy tín. Đảm bảo vật liệu khuôn phù hợp với các ứng suất khi kéo các vật liệu phôi cụ thể.

Hỏng hóc trong vận hành: Ứng suất quy trình, Bôi trơn và Căn chỉnh

Ngay cả khi vật liệu và thiết kế khuôn hoàn hảo, các lỗi trong chính quá trình kéo vẫn là nguyên nhân chính gây nứt. Những hỏng hóc vận hành này thường bắt nguồn từ sự tương tác phức tạp giữa ứng suất, ma sát và thiết lập cơ khí. Việc khắc phục chúng đòi hỏi phải giám sát và kiểm soát cẩn thận môi trường sản xuất.

Một trong những nguyên nhân cơ bản nhất là sự giải phóng ứng suất nội tại . Như được ghi nhận bởi nhiều nguồn trong ngành, ứng suất nội là sản phẩm phụ không thể tránh khỏi trong quá trình sản xuất kim loại. Trong quá trình kéo, những ứng suất tích trữ này được giải phóng, có thể biểu hiện thành các vết nứt, đôi khi ngay sau khi tạo hình hoặc thậm chí sau một thời gian lưu trữ. Điều này đặc biệt đúng với các vật liệu có chỉ số biến cứng cao.

Bôi trơn không đủ là một sự cố vận hành nghiêm trọng khác. Các chất bôi trơn tạo thành một lớp màng bảo vệ giữa cối và phôi, giảm ma sát và nhiệt lượng. Khi lớp màng này bị phá vỡ, sẽ xảy ra tiếp xúc kim loại với kim loại, dẫn đến hiện tượng dính bề mặt, lực kéo tăng lên và cuối cùng là gãy vỡ. Việc lựa chọn chất bôi trơn rất quan trọng; đối với các vật liệu khó như thép không gỉ, có thể cần sử dụng các chất bôi trơn chuyên dụng như màng PVDF để duy trì lớp ngăn cách hiệu quả.

Cuối cùng, lệch vị trí cơ học có thể gây ra các ứng suất không đều dẫn đến hỏng khuôn sớm. Ví dụ, một ròng rọc mòn đưa dây vào khuôn ở góc độ không chính xác sẽ tạo ra mẫu mài mòn không đồng nhất. Điều này tập trung ứng suất tại các điểm cụ thể trong khuôn, dẫn đến mài mòn cục bộ và nứt vỡ. Như một nghiên cứu điển hình đã chỉ ra, vấn đề không nằm ở khuôn mà là ở ròng rọc có rãnh phía thượng nguồn gây lệch trục.

Các vận hành viên có thể sử dụng danh sách kiểm tra sau đây để chẩn đoán và ngăn ngừa sự cố vận hành:

• Kiểm tra bôi trơn: Xác minh rằng hệ thống bôi trơn đang hoạt động đúng cách và loại chất bôi trơn phù hợp với vật liệu và quy trình đang được sử dụng.
• Kiểm tra độ đồng tâm: Thường xuyên kiểm tra tất cả các thành phần của máy kéo dây, bao gồm các ròng rọc và hướng dẫn, để phát hiện mài mòn và đảm bảo độ đồng tâm chính xác của phôi khi đưa vào khuôn.
• Kiểm soát thông số: Đảm bảo tốc độ kéo và tỷ lệ giảm tiết diện nằm trong giới hạn khuyến nghị đối với vật liệu đang được xử lý.
• Quản lý Ứng suất: Đối với các vật liệu dễ bị nứt trễ, hãy cân nhắc thực hiện các phương pháp xử lý nhiệt giảm ứng suất càng sớm càng tốt sau khi tạo hình.

Thiết kế khuôn bị lỗi và thi công kém chất lượng

Chất lượng thiết kế và chế tạo khuôn kéo là nền tảng cho hiệu suất và tuổi thọ của khuôn. Những lỗi trong bất kỳ khía cạnh nào đều có thể tạo ra các điểm tập trung ứng suất và vấn đề về dòng chảy vật liệu, dẫn trực tiếp đến nứt, bất kể chất lượng vật liệu hay độ chính xác vận hành. Một khuôn được thiết kế tốt sẽ tạo điều kiện cho vật liệu chảy trơn tru, trong khi một khuôn thiết kế kém sẽ cản trở quá trình này.

Các lỗi thiết kế phổ biến bao gồm hình học không phù hợp. Ví dụ, nếu bán kính chày và cối quá nhỏ (quá sắc), chúng có thể cản trở vật liệu chảy vào buồng khuôn, làm tăng ứng suất kéo và gây ra nứt gãy. Ngược lại, nếu bán kính quá lớn, có thể dẫn đến nhăn nheo. Theo CNstamping , khoảng cách không đúng giữa chày và cối là một nguyên nhân phổ biến khác gây nứt. Tương tự, chiều dài góc tiếp cận không đủ sẽ tập trung áp lực kéo vào diện tích quá nhỏ, làm ép hết chất bôi trơn và dẫn đến hiện tượng dính (galling) cũng như hỏng hóc.

Cấu tạo kém chất lượng có thể làm suy yếu ngay cả một thiết kế hoàn hảo. Độ khít giữa chi tiết hợp kim cacbua và vỏ thép rất quan trọng đối với cả khả năng chịu lực và tản nhiệt. Nếu chi tiết không được đỡ toàn bộ — ví dụ do đường kính trong của vỏ bị côn — thì nó sẽ không chịu nổi lực kéo và sẽ bị nứt. Việc lắp chặt chi tiết vào vỏ bằng phương pháp co nhiệt là rất cần thiết để đảm bảo diện tích tiếp xúc tối đa, giúp vỏ đóng vai trò như một bộ tản nhiệt và ngăn ngừa quá nhiệt cho chi tiết.

Để tránh những vấn đề này, việc hợp tác với một nhà sản xuất khuôn có chuyên môn và kinh nghiệm là rất quan trọng. Một chuyên gia có thể đảm bảo rằng khuôn được thiết kế và chế tạo đúng cách cho ứng dụng cụ thể, đồng thời tính đến các đặc tính vật liệu, độ rút mẫu và ứng suất vận hành. Ví dụ, các chuyên gia như Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. sử dụng các mô phỏng CAE tiên tiến để tối ưu hóa thiết kế khuôn và tận dụng chuyên môn sâu rộng về quản lý dự án nhằm cung cấp các bộ khuôn chất lượng cao, đáng tin cậy cho các ứng dụng đòi hỏi khắt khe như dập ô tô.

Các yếu tố cần cân nhắc chính trong thiết kế và chế tạo khuôn bao gồm:

• Hình học được tối ưu hóa: Đảm bảo bán kính cong, khoảng hở và góc tiếp cận được điều chỉnh phù hợp với vật liệu và hình dạng chi tiết cụ thể.
• Hỗ trợ con lăn đúng cách: Sử dụng các con lăn mài không tâm và đảm bảo chúng được hỗ trợ đầy đủ bên trong thân khuôn để tối đa hóa khả năng truyền nhiệt và độ bền cơ học.
• Dòng chảy vật liệu: Đối với phôi không vuông vức, hãy xem xét các thiết kế có góc côn lõm để ngăn các góc sắc đào sâu vào mặt phẳng khuôn.
• Hợp tác chuyên gia: Làm việc chặt chẽ với các nhà cung cấp khuôn để xác nhận thiết kế và đảm bảo các thực hành thi công chất lượng cao được tuân thủ.

Các câu hỏi thường gặp

1. Lý do tại sao khối khuôn bị nứt trong quá trình tạo hình là gì?

Khối khuôn có thể bị nứt do nhiều nguyên nhân, chủ yếu liên quan đến ứng suất và độ bền của vật liệu. Các nguyên nhân chính bao gồm sự tập trung ứng suất do thiết kế khuôn không hợp lý hoặc lệch tâm, làm tập trung lực lớn vào một diện tích nhỏ. Một yếu tố quan trọng khác là sự phân bố không đồng đều của các carbide trong thép dụng cụ, tạo ra những điểm yếu. Cuối cùng, nhiệt độ cao trong quá trình vận hành có thể làm giảm khả năng chống nứt của vật liệu, đặc biệt nếu khuôn không được làm mát đúng cách.

2. Những nguyên nhân gây ra nứt kim loại là gì?

Nứt gãy trong kim loại thường xảy ra khi ứng suất vượt quá giới hạn bền của vật liệu. Điều này có thể xảy ra theo nhiều cách, bao gồm quá tải cơ học do lực tác dụng (như trong quá trình kéo), ứng suất nhiệt do gia nhiệt hoặc làm nguội nhanh, ứng suất nội dư từ các bước sản xuất trước đó, và các yếu tố môi trường như ăn mòn làm suy yếu vật liệu theo thời gian. Các khuyết tật vật liệu như lỗ rỗng hay tạp chất cũng đóng vai trò là điểm khởi đầu cho các vết nứt.

3. Điều gì gây ra hầu hết các vết nứt trong quá trình tạo hình kim loại tấm?

Trong quá trình tạo hình kim loại tấm, phần lớn các vết nứt là do biến dạng cục bộ quá mức. Nguyên nhân thường là do khe hở khuôn không phù hợp, khi khoảng cách giữa chày và cối quá nhỏ, khiến kim loại bị cắt hoặc nứt. Việc căn chỉnh không chính xác cũng có thể tạo ra ứng suất không đều, dẫn đến phá hủy. Một nguyên nhân phổ biến khác là sự hỗ trợ hoặc kẹp vật liệu không đầy đủ, khiến tấm kim loại bị kéo giãn không đều và vượt quá giới hạn dãn dài của nó, dẫn đến hiện tượng xé rách hoặc nứt.