TÓM TẮT NHANH

Nhăn kim loại trong quá trình dập chủ yếu do ứng suất nén vòng ở khu vực mặt bích khi đường kính phôi được giảm xuống thành đường kính cốc. Khi vật liệu không thể nén vào chính nó, nó sẽ bị cong vênh.

Phương pháp phòng ngừa hiệu quả nhất là áp dụng lực kẹp phù hợp Kẹp phôi (BHF) để hạn chế dòng chảy vật liệu mà không gây rách. Đối với thép, áp lực khoảng 2,5 N/mm² là mức cơ sở tiêu chuẩn. Các biện pháp kiểm soát phụ bao gồm sử dụng gờ định hình (Draw Beads) để cố định cơ học dòng chảy ở các khu vực phức tạp và đảm bảo bán kính khuôn được tối ưu hóa (không quá lớn) để duy trì độ căng. Người vận hành nên ưu tiên cân bằng lực cản dòng chảy với Tỷ lệ kéo giới hạn (LDR) của vật liệu.

Vật lý hiện tượng nhăn: Tại sao kim loại bị cong vênh

Để ngăn ngừa hiệu quả hiện tượng nhăn nhún, các kỹ sư trước tiên phải hiểu rõ cơ chế của bất ổn do nén trong quá trình dập sâu, một tấm phôi phẳng được biến đổi thành một hình dạng ba chiều. Khi vật liệu chảy từ mép ngoài của phôi về phía khoang khuôn, chu vi giảm dần. Sự thu nhỏ này buộc vật liệu nén theo phương tiếp tuyến (ứng suất vòng). Nếu ứng suất nén này vượt quá ứng suất uốn tới hạn của vật liệu, kim loại sẽ bị gợn sóng hoặc gấp nếp, tạo thành nếp nhăn.

Hiện tượng này được chi phối bởi Tỷ lệ kéo giới hạn (LDR) —mối quan hệ giữa đường kính phôi và đường kính chày dập. Khi phôi quá lớn so với chày, lượng vật liệu "tụ tập" ở vành biên trở nên khó kiểm soát, dẫn đến hiện tượng dày lên nghiêm trọng. Nếu khe hở giữa mặt khuôn và tấm kẹp phôi không được kiểm soát chặt chẽ để thích ứng với sự dày lên này (thông thường chỉ cho phép độ hở 10-20% so với độ dày danh nghĩa), vật liệu sẽ bị uốn cong vào khoảng trống.

Hiện tượng nhăn nhún biểu hiện ở hai dạng chính: Nhăn bích (Bậc nhất), xảy ra ở vùng nằm dưới tấm kẹp, và Nhăn thành (Bậc hai), xảy ra ở vùng không được hỗ trợ giữa bán kính cối và bán kính chày. Việc xác định vị trí nếp nhăn xuất hiện là bước đầu tiên trong chẩn đoán: nhăn bích cho thấy lực kẹp không đủ, trong khi nhăn thành thường do bán kính cối quá lớn hoặc vật liệu không ăn khớp tốt.

Giải pháp chính: Tối ưu hóa lực kẹp phôi (BHF)

The Giá đỡ trống (hoặc tấm kẹp) là biến điều khiển chính để ngăn ngừa nhăn. Chức năng của nó là tạo áp lực đủ lên phần bích để ngăn hiện tượng cong vênh, đồng thời cho phép vật liệu chảy vào cối. Nếu áp lực quá thấp, sẽ xuất hiện nếp nhăn; nếu quá cao, vật liệu sẽ bị rách (gãy) do không thể chảy được.

Theo tiêu chuẩn công nghiệp, áp lực riêng yêu cầu thay đổi đáng kể tùy theo loại vật liệu. Một quy tắc thực tế phổ biến để thiết lập ban đầu là:

• Thép: ~2,5 N/mm²
• Hợp kim Đồng: 2,0 – 2,4 N/mm²
• Hợp kim Nhôm: 1,2 – 1,5 N/mm²

Các kỹ sư cần tính toán lực yêu cầu dựa trên diện tích hình chiếu của mặt bích nằm dưới đai kẹp. Nên thêm một hệ số an toàn khoảng 30% vào phép tính này trong giai đoạn thiết kế, vì việc giảm áp lực trên máy ép sẽ dễ dàng hơn là tạo ra lực lớn hơn mức thiết kế cho phép.

Đối với các chi tiết phức tạp, áp lực đồng đều thường là chưa đủ. Các hệ thống tiên tiến sử dụng hệ thống áp lực biến đổi (bằng thủy lực hoặc đệm nitơ) có thể điều chỉnh lực trong suốt hành trình—áp dụng áp lực cao ban đầu để cố định mặt bích và giảm dần khi chi tiết sâu hơn nhằm ngăn ngừa rách vật liệu. Việc sử dụng ngưng tụ hoặc khối cân bằng (khối chặn) là yếu tố quan trọng để duy trì khe hở chính xác, có độ dày hơi lớn hơn vật liệu, đảm bảo đai kẹp không nghiền nát tấm kim loại mà chỉ giữ chặt nó.

Kiểm soát thiết kế dụng cụ: Gờ kéo và bán kính cong

Khi chỉ dùng áp lực không thể kiểm soát được dòng chảy vật liệu—thường gặp trong các chi tiết ô tô phi đối xứng— gờ định hình (Draw Beads) là giải pháp kỹ thuật cần thiết. Các gờ tạo lực kéo là những gờ nổi trên tấm kẹp, buộc vật liệu phải uốn và duỗi thẳng trước khi đi vào buồng khuôn. Hành động cơ học này tạo ra một lực cản độc lập với ma sát, cho phép kiểm soát chính xác dòng chảy cục bộ.

Hình học của sợi bán kính khuôn cũng quan trọng không kém. Một bán kính quá nhỏ sẽ hạn chế dòng chảy và gây rách, nhưng một bán kính quá lớn sẽ quá Lớn giảm diện tích tiếp xúc và lực căng hiệu dụng trên mặt bích, khiến vật liệu chảy tự do quá mức và nhăn nheo. Bán kính khuôn phải được đánh bóng hoàn hảo và chính xác về hình học để duy trì trạng thái "lý tưởng" của lực căng.

Hơn nữa, độ cứng vững của chính dụng cụ cũng rất quan trọng. Nếu đế khuôn không đủ dày, nó có thể bị cong vênh dưới tải trọng, tạo ra sự phân bố áp lực không đều. Các chốt dẫn phải đủ chắc chắn để ngăn ngừa mọi chuyển động ngang của bộ phận khuôn trên và dưới, điều này có thể gây ra khe hở không đồng nhất và hiện tượng nhăn cục bộ.

Các biến số quy trình: Bôi trơn và Lựa chọn vật liệu

Ma sát là con dao hai lưỡi trong quá trình dập vuốt sâu. Trong khi bôi trơn rất cần thiết để ngăn ngừa hiện tượng dính và nứt, độ bôi trơn quá mức (quá trơn) thực tế có thể làm trầm trọng thêm hiện tượng nhăn nhúm nếu lực kẹp biên (BHF) không được tăng lên để bù đắp. Vật liệu chảy quá dễ khiến tấm kẹp không tạo đủ lực ma sát để kiềm chế các lực gây nhăn. Đảm bảo rằng chất bôi trơn được bôi phủ đều và các vòi phun được cố định đúng vị trí.

Thuộc tính vật liệu cũng quy định cửa sổ quá trình. Đối với các ứng dụng bằng thép không gỉ, thay thế loại 304với 304L thép tiêu chuẩn bằng 304L có thể cải thiện đáng kể khả năng tạo hình. 304L có giới hạn chảy thấp hơn (khoảng 35 KSI so với 42 KSI cho 304), nghĩa rằng nó cản trở dòng chảy ít hơn và gia công cứng chậm hơn, giảm lực cần thiết để giữ phôi phẳng. Luôn xác nhận rằng vật liệu thô được quy định là loại "Chất lượng dập vuốt sâu" (DDQ) nhằm giảm thiểu dị hướng.

Ngay cả với thiết kế hoàn hảo, năng lực thực tế của đối tác sản xuất cũng là yếu tố giới hạn. Đối với các bộ phận ô tô sản xuất số lượng lớn như đòn điều khiển hay khung gầm phụ, độ chính xác là yêu cầu bắt buộc. Các nhà sản xuất như Shaoyi Metal Technology sử dụng máy ép có công suất lên đến 600 tấn và chứng nhận IATF 16949 để thu hẹp khoảng cách từ tạo mẫu nhanh đến sản xuất hàng loạt. Việc hợp tác với một chuyên gia đảm bảo rằng các tính toán lý thuyết về lực kẹp biên (BHF) được hỗ trợ bởi khả năng thiết bị thực tế, ngăn ngừa lỗi trước khi sản phẩm đến dây chuyền lắp ráp.

Danh sách kiểm tra xử lý sự cố: Quy trình từng bước

Khi xuất hiện nếp nhăn trên dây chuyền sản xuất, hãy làm theo quy trình chẩn đoán hệ thống này để xác định nguyên nhân gốc rễ:

1. Kiểm tra máy ép: Kiểm tra các bạc trượt đã mòn hoặc hiện tượng ram không song song. Nếu ram không đi xuống vuông góc, phân bố áp lực sẽ không đều.
2. Xác minh Thông số Vật liệu: Độ dày vật liệu có đồng đều không? Đo ở mép cuộn; sự sai lệch chỉ 0,003 inch cũng có thể ảnh hưởng đến khe hở tấm kẹp.
3. Kiểm tra các con đội: Các khối dừng có đang tạo khoảng cách chính xác không? Nếu chúng bị mài mòn hoặc lỏng, thanh kẹp có thể bị "chạm đáy" trước khi tác dụng lực lên tấm.
4. Điều chỉnh Lực Kẹp Tờ Incrementally: Tăng dần lực kẹp tờ. Nếu nếp nhăn vẫn tồn tại nhưng bắt đầu xuất hiện hiện tượng rách, bạn đã thu hẹp cửa sổ quá trình quá mức — hãy xem xét sử dụng gờ kéo hoặc thay đổi chất bôi trơn.
5. Kiểm tra Chất Bôi Trơn: Kiểm tra xem hỗn hợp bôi trơn có quá đặc hay được phủ quá dày ở vùng mép tấm không.
6. Kiểm tra Bề Mặt Dụng Cụ: Tìm dấu hiệu trầy xước trên các gờ kéo hoặc bán kính cong có thể gây lực cản không đều.

Làm Chủ Dòng Chảy

Ngăn ngừa nhăn không phải là loại bỏ lực, mà là kiểm soát lực một cách chính xác. Việc này đòi hỏi một cách tiếp cận toàn diện nhằm cân bằng giữa ứng suất vòng với các yếu tố kỹ thuật như lực kẹp tờ, hình dạng dụng cụ và lựa chọn vật liệu. Bằng cách xem quá trình dập sâu như một hệ thống các biến số tương tác thay vì những bước riêng lẻ, các nhà sản xuất có thể đạt được các chi tiết dập sâu đồng nhất và không lỗi.

Thành công nằm ở những chi tiết: việc tính toán chính xác áp lực theo đơn vị N/mm², bố trí chiến lược các gờ kéo và sự kiên định trong việc duy trì điều kiện máy ép và khuôn. Với những kiểm soát này, ngay cả những hình dạng phức tạp nhất cũng có thể được tạo hình một cách đáng tin cậy.

Các câu hỏi thường gặp

1. Tôi tính lực kẹp phôi đúng như thế nào?

Việc tính toán cơ bản bao gồm nhân diện tích mặt bích (dưới thanh kẹp) với áp lực riêng yêu cầu của vật liệu. Đối với thép mềm, hãy sử dụng khoảng 2,5 N/mm² (MPa). Luôn thêm một biên an toàn (ví dụ: +30%) vào yêu cầu công suất máy ép để cho phép điều chỉnh trong quá trình thử nghiệm.

2. Việc bôi trơn quá nhiều có gây nhăn nếp không?

Có. Chất bôi trơn làm giảm ma sát, mà ma sát là một trong những lực giúp kiềm chế dòng chảy vật liệu. Nếu ma sát giảm đáng kể mà không tăng tương ứng Lực kẹp phôi, vật liệu có thể chảy tự do quá mức vào lòng khuôn, dẫn đến hiện tượng cong vênh và nhăn nếp.

3. Sự khác biệt giữa nhăn nếp và rách là gì?

Nhăn và rách là hai dạng hỏng hóc trái ngược nhau. Nhăn xảy ra do nén quá mức và hạn chế dòng chảy không đủ (vật liệu lỏng). Rách (tách lớp) xảy ra do kéo căng quá mức và hạn chế dòng chảy quá nhiều (vật liệu chặt). Mục tiêu của người vận hành dập là tìm được "cửa sổ quy trình" nằm giữa hai khuyết tật này.