TÓM TẮT NHANH

Hiện tượng dính khuôn trong dập là một dạng mài mòn dính mang tính phá hủy, thường được gọi là "hàn nguội", trong đó khuôn và phôi bị dính vào nhau ở cấp độ vi mô do ma sát và nhiệt sinh ra quá mức. Việc phòng ngừa cần một giải pháp kỹ thuật đa lớp thay vì chỉ một biện pháp khắc phục nhanh duy nhất. Ba biện pháp phòng thủ chính bao gồm: tối ưu hóa thiết kế khuôn bằng cách tăng khoảng hở giữa chày và cối tại các vùng dày lên (như góc kéo sâu), lựa chọn vật liệu dụng cụ không tương đồng (ví dụ như Đồng Nhôm) để phá vỡ ái lực hóa học, và áp dụng các lớp phủ tiên tiến như TiCN hoặc DLC chỉ sau khi bề mặt đã được đánh bóng hoàn hảo. Các điều chỉnh vận hành, chẳng hạn như sử dụng chất bôi trơn Áp suất Cực cao (EP) và giảm tốc độ máy ép, đóng vai trò là các biện pháp xử lý cuối cùng.

Vật lý của hiện tượng dính khuôn: Vì sao xảy ra hàn nguội

Để ngăn ngừa hiện tượng dính khuôn, trước tiên phải hiểu rằng nó về cơ bản khác biệt so với mài mòn do ma sát. Trong khi mài mòn do ma sát giống như việc chà nhám gỗ bằng giấy ráp thô, thì hiện tượng dính khuôn là một dạng mài mòn dính nó xảy ra khi các lớp oxit bảo vệ trên bề mặt kim loại bị phá vỡ dưới áp lực lớn từ máy dập. Khi điều này xảy ra, phần kim loại "nguyên sinh" có hoạt tính hóa học cao của phôi tiếp xúc trực tiếp với thép dụng cụ.

Ở cấp độ vi mô, các bề mặt không bao giờ hoàn toàn nhẵn; chúng gồm những đỉnh và rãnh được gọi là các điểm gồ ghề. Dưới tải trọng cao, các điểm gồ ghề này khớp vào nhau và tạo ra nhiệt lượng cục bộ rất lớn. Nếu hai kim loại có ái lực hóa học với nhau—ví dụ như thép không gỉ và thép dụng cụ D2, vốn đều chứa lượng lớn crôm—chúng có thể liên kết với nhau ở cấp độ nguyên tử. Quá trình này được gọi là di chuyển từ bề mặt sang bề mặt hoặc hàn nguội . Khi dụng cụ tiếp tục di chuyển, các liên kết hàn này bị trượt, làm bong các mảnh vật liệu khỏi bề mặt mềm hơn và bám dính chúng lên dụng cụ cứng hơn. Những lớp bám này, hay còn gọi là "galls", sau đó hoạt động như lưỡi cày, gây ra hiện tượng xước sâu nghiêm trọng trên các chi tiết tiếp theo.

Hàng rào phòng thủ đầu tiên: Thiết kế & Hình học khuôn

Sai lầm phổ biến nhất trong ngành là cho rằng lớp phủ có thể khắc phục mọi vấn đề mài mòn. Tuy nhiên, các chuyên gia trong ngành cảnh báo rằng nếu nguyên nhân gốc rễ mang tính cơ học, thì việc áp dụng lớp phủ chỉ đơn thuần là "che đậy vấn đề". Nguyên nhân cơ học chính thường là thiếu sót về khe hở giữa chày và cối , đặc biệt trong các chi tiết được kéo sâu.

Trong quá trình dập sâu, tấm kim loại chịu lực nén trong mặt phẳng khi di chuyển vào buồng khuôn, điều này khiến vật liệu tự nhiên dày lên. Nếu thiết kế khuôn không tính đến sự dày lên này—đặc biệt ở các thành đứng của góc dập—khe hở sẽ biến mất. Khuôn về cơ bản sẽ "bóp" vật liệu, tạo ra các đỉnh ma sát lớn mà không lượng chất bôi trơn nào có thể khắc phục được. Theo Tạp chí MetalForming , một biện pháp phòng ngừa quan trọng là phải gia công thêm khe hở (thường là 10–20% độ dày vật liệu) vào những vùng dày lên này.

Đối với các dây chuyền sản xuất phức tạp, chẳng hạn như đòn điều khiển hoặc khung gầm ô tô, việc dự đoán các vùng dày lên này đòi hỏi kỹ thuật chuyên sâu. Đây chính là lúc việc hợp tác với các nhà sản xuất chuyên biệt trở thành lợi thế chiến lược. Các công ty như Shaoyi Metal Technology tận dụng phân tích CAE tiên tiến và các quy trình được chứng nhận IATF 16949 để thiết kế các khoảng hở này ngay trong giai đoạn thiết kế khuôn, đảm bảo quá trình dập ô tô sản lượng cao không bị xước kể từ lần dập đầu tiên.

Một yếu tố hình học khác là hướng đánh bóng . Các nhà sản xuất khuôn nên đánh bóng các phần khuôn theo hướng chuyển động của quá trình đục lỗ hoặc kéo sâu. Việc đánh bóng chéo sẽ để lại các rãnh vi mô hoạt động như các tệp mài mòn đối với phôi, làm tăng tốc độ phá vỡ lớp màng bôi trơn. song song khoa học vật liệu: Chiến lược "Kim loại khác nhau"

Khi dập thép không gỉ hoặc hợp kim cường độ cao, việc lựa chọn thép dụng cụ là rất quan trọng. Một dạng hư hỏng phổ biến xảy ra khi dùng thép dụng cụ D2 để dập thép không gỉ. Vì D2 chứa khoảng 12% crôm và thép không gỉ cũng dựa vào crôm để chống ăn mòn, hai vật liệu này có "độ tương thích kim loại" cao. Chúng có xu hướng bám dính vào nhau.

Giải pháp là sử dụng

Thép dụng cụ khác biệt về mặt kim loại kim loại khác loại để phá vỡ sự kết dính hóa học này. Đối với các ứng dụng bị trầy xước nghiêm trọng, các vật liệu đồng kỹ thuật, cụ thể là Đồng nhôm , thường vượt trội hơn so với thép công cụ thông thường. Mặc dù Đồng Nhôm mềm hơn thép, nhưng nó có độ bôi trơn và khả năng dẫn nhiệt tuyệt vời, và quan trọng nhất là không xảy ra hiện tượng hàn nguội với các nền ferrous. Việc sử dụng các chi tiết chèn hoặc bạc đạn bằng Đồng Nhôm ở những khu vực ma sát cao có thể loại bỏ mài mòn dính nơi mà các vật liệu cứng hơn thất bại.

Nếu yêu cầu thép công cụ về độ bền, hãy xem xét các cấp độ luyện kim bột (PM) (như CPM 3V hoặc M4). Những loại này có phân bố carbide mịn hơn so với D2 thông thường, cung cấp bề mặt nhẵn mịn hơn, ít dễ khởi phát chu kỳ mài mòn dính.

Xử lý bề mặt và lớp phủ tiên tiến

Khi cơ chế và vật liệu đã được tối ưu hóa, các lớp phủ bề mặt sẽ tạo thành rào cản cuối cùng. Các lớp phủ lắng đọng pha hơi vật lý (PVD) là tiêu chuẩn cho dập hiện đại, nhưng việc lựa chọn thành phần hóa học phù hợp là rất quan trọng.

• TiCN (Titanium Carbonitride): Một lớp phủ đa dụng tuyệt vời mang lại độ cứng cao hơn và ma sát thấp hơn so với lớp phủ TiN tiêu chuẩn. Lớp phủ này được sử dụng rộng rãi trong gia công thép cường độ cao.
• DLC (Carbon giống kim cương): Được biết đến với hệ số ma sát cực thấp, DLC là lựa chọn hàng đầu cho các ứng dụng nhôm và phi sắt khó gia công. Lớp phủ này bắt chước tính chất của graphite, cho phép phôi trượt với lực cản tối thiểu.
• Nitriding: Một quá trình khuếch tán thay vì là lớp phủ, nitride hóa làm cứng bề mặt chính thép dụng cụ. Phương pháp này thường được dùng như xử lý nền trước khi phủ PVD nhằm ngăn ngừa hiện tượng "vỏ trứng", khi lớp phủ cứng bị nứt do lớp nền bên dưới tạo thành điểm mềm.

Cảnh báo quan trọng: Một lớp phủ chỉ tốt bằng mức độ chuẩn bị nền. Bề mặt dụng cụ phải được đánh bóng đến độ bóng như gương trước đây lớp phủ. Mọi vết xước hoặc gồ ghề hiện có sẽ đơn giản bị lớp phủ sao chép theo, tạo thành các đỉnh cứng sắc nhọn sẽ tấn công dữ dội vào phôi.

Biện pháp vận hành: Bôi trơn & Bảo trì

Trên sàn sản xuất, các thao tác viên có thể giảm thiểu rủi ro trầy xước do dính (galling) thông qua việc kiểm soát quy trình một cách nghiêm ngặt. Biến số đầu tiên là bôi trơn . Để phòng ngừa hiện tượng galling, các loại dầu đơn giản thường không đủ hiệu quả. Quy trình đòi hỏi phải sử dụng chất bôi trơn có phụ gia Áp suất Cực cao (EP) (như lưu huỳnh hoặc clo) hoặc các lớp chắn rắn (như graphit hoặc molypden disunfua). Những phụ gia này tạo thành một "màng tribology" tách biệt hai bề mặt kim loại ngay cả khi dầu lỏng bị ép ra ngoài bởi lực tấn.

Quản lý nhiệt là đòn bẩy vận hành thứ hai. Hiện tượng galling phụ thuộc vào nhiệt độ; nhiệt độ cao hơn làm mềm phôi và thúc đẩy sự dính kết. Nếu xuất hiện hiện tượng galling, hãy thử giảm tốc độ máy ép (số lần hành trình mỗi phút). Việc này giúp hạ nhiệt độ quá trình và cho phép chất bôi trơn có thêm thời gian phục hồi giữa các lần dập. Rolleri cũng đề xuất áp dụng trình tự cắt dải dạng "cầu nối" (bridge) trong các thao tác đục lỗ, luân phiên các điểm va chạm để ngăn ngừa tích tụ nhiệt cục bộ và tích tụ vật liệu.

Cuối cùng, việc bảo trì định kỳ phải mang tính chủ động. Đừng chờ đến khi xuất hiện hiện tượng dính bám (galling) mới xử lý. Hãy thực hiện lịch trình mài và làm sạch bán kính khuôn, loại bỏ hiện tượng dính vi mô trước khi chúng phát triển thành khối gây hại. Dụng cụ sắc bén sẽ giảm lực cần thiết để tạo hình chi tiết, từ đó làm giảm ma sát và nhiệt độ – những yếu tố thúc đẩy cơ chế dính bám.

Tích hợp độ tin cậy kỹ thuật vào quy trình

Ngăn ngừa hiện tượng dính bám trên khuôn không phải là vấn đề may rủi; đó là một nguyên tắc dựa trên vật lý và kỹ thuật. Bằng cách tuân thủ các quy luật về ma sát — đảm bảo khoảng hở phù hợp cho dòng chảy vật liệu, lựa chọn các vật liệu có tính chất hóa học không tương thích, và duy trì lớp màng bôi trơn ngăn cách — các nhà sản xuất gần như có thể loại bỏ hoàn toàn hiện tượng hàn nguội. Chi phí cho phân tích thiết kế ban đầu và vật liệu cao cấp là rất nhỏ so với thời gian ngừng máy do khuôn bị kẹt hoặc tỷ lệ phế phẩm do chi tiết bị xước. Hãy xử lý nguyên nhân gốc rễ, chứ không chỉ điều trị triệu chứng, và độ tin cậy trong sản xuất sẽ được đảm bảo.

Các câu hỏi thường gặp

1. Làm thế nào để giảm hiện tượng dính bám (galling) trong khuôn dập?

Để giảm hiện tượng xước dính (galling), hãy tập trung vào ba yếu tố: Cơ học, Vật liệu và Bôi trơn. Thứ nhất, đảm bảo độ hở giữa chày và cối là đủ (tăng thêm 10-20% ở các vùng gia công dày). Thứ hai, sử dụng các kim loại khác loại như đồng thanh nhôm hoặc thép PM phủ lớp để ngăn hiện tượng hàn nguội. Thứ ba, sử dụng chất bôi trơn có độ nhớt cao kèm phụ gia Áp suất Cực cao (EP) để duy trì lớp màng chắn dưới tải trọng.

2. Chất chống dính có ngăn ngừa hiện tượng dính (galling) không?

Có, các hợp chất chống dính (anti-seize) có thể ngăn ngừa hiện tượng xước dính bằng cách đưa vào các chất bôi trơn rắn (như đồng, than chì hoặc molypden) giữa các bề mặt. Những chất rắn này tạo thành một rào cản vật lý giúp giữ cho các kim loại tiếp xúc không chạm vào nhau, ngay cả khi áp suất cao ép đẩy dầu lỏng ra ngoài. Tuy nhiên, chống dính chỉ là biện pháp khắc phục cục bộ trong vận hành và không sửa chữa được các lỗi thiết kế cơ bản như độ hở quá nhỏ.

3. Nguyên nhân chính gây ra hiện tượng xước dính (galling) là gì?

Nguyên nhân chính gây ra hiện tượng xước dính là mài mòn dính được gây ra bởi ma sát và nhiệt. Khi áp suất cao làm phá vỡ lớp màng oxit bảo vệ trên bề mặt kim loại, các nguyên tử lộ ra có thể liên kết hoặc "hàn" lại với nhau. Hiện tượng này phổ biến nhất khi dụng cụ và phôi có thành phần hóa học tương tự nhau (ví dụ: dập thép không gỉ bằng thép dụng cụ không phủ), dẫn đến ái lực kim loại học cao.