[Bài học kỹ thuật] Lựa chọn vật liệu khuôn thổi

Đúc thổi rỗng là phương pháp đúc để sản xuất các sản phẩm nhựa rỗng. Mượn từ công nghệ thổi hộp thủy tinh, nó đã phát triển thành công nghệ đúc thổi nhựa vào những năm 1930. Đúc thổi rỗng là phương pháp đúc nhựa sử dụng áp suất khí để thổi phồng phôi nóng được đóng trong khuôn thành sản phẩm rỗng.

Khuôn đúc thổi rỗng thường có thể được chia thành hai loại chính dựa trên quá trình tạo hình phôi: khuôn đúc thổi đùn và khuôn đúc thổi phun. Chúng cũng có thể được chia thành hai loại dựa trên các điều kiện kéo dài khác nhau: khuôn đúc thổi thông thường và khuôn đúc thổi căng.

Đúc thổi đùn bao gồm nấu chảy và làm dẻo nhựa nhiệt dẻo, đùn phôi thông qua khuôn đùn, đặt phôi vào khuôn, bơm phồng bằng khí nén, sau đó làm nguội để thu được sản phẩm hoàn chỉnh. Đúc thổi phun sử dụng máy ép phun để bơm vật liệu nóng chảy vào khuôn để chuẩn bị phôi, sau đó đặt vào khuôn đúc thổi khi vẫn còn nóng và phồng lên bằng cách đưa không khí vào. Đúc thổi căng bao gồm việc làm nóng phôi đến nhiệt độ thích hợp, đặt nó vào khuôn, kéo căng theo trục bằng một thanh kéo dài, sau đó kéo căng theo chiều ngang bằng không khí. Đúc thổi căng có thể được chia thành các quy trình một bước (tạo phôi nóng) và hai bước (tạo phôi nguội), tùy thuộc vào phương pháp chuẩn bị phôi.

Khuôn đúc thổi đùn chủ yếu bao gồm hai nửa khuôn cái, như thể hiện trong hình bên dưới. Bởi vì khuôn đúc thổi hoạt động dưới tải trọng cao trong quá trình sản xuất hàng loạt nên cần có miếng đệm ở những khu vực dễ bị mòn và hư hỏng như miệng khuôn, cổ và các cạnh cắt. Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho việc thay thế các bộ phận này, đảm bảo độ bền của khuôn, đồng thời giúp việc sản xuất khuôn và điều chỉnh kích thước sản phẩm dễ dàng hơn đối với các sản phẩm có bề ngoài phức tạp.

1. Ống lót miệng; 2. Chèn cổ; 3. Thân chai; 4. Thân chai thông hơi;

5. Chèn đáy; 6. Máng tràn đáy; 7. Hệ thống làm mát.

(Cấu trúc chính của đúc thổi)

1. Vật liệu hợp kim nhôm

Khuôn thổi làm bằng nhôm có trọng lượng nhẹ, truyền nhiệt nhanh, dẫn nhiệt tốt, dễ gia công và mật độ thấp. Tuy nhiên, nhôm có độ cứng thấp, dễ bị mòn, khả năng hàn kém sau hư hỏng và tương đối đắt tiền. Hơn nữa, khi sử dụng hợp kim nhôm để trực tiếp tạo thành các kênh làm mát, yêu cầu về chất lượng của nước làm mát rất cao và độ bền kết nối ren tương đối yếu.

2. Vật liệu kết cấu thép

Nói chung, nếu các sản phẩm đúc thổi được sản xuất với số lượng lớn với thời gian sản xuất dài và xét đến nhu cầu về độ bền và độ cứng cao khi cắt khuôn thì thép kết cấu là lựa chọn tốt hơn cho vật liệu khuôn. Mặc dù hiệu suất truyền nhiệt của nó không tốt bằng hợp kim nhôm và hợp kim đồng berili, nhưng cấu trúc kênh làm mát được thiết kế tốt có thể cải thiện hiệu quả truyền nhiệt.

(a) Thép cacbon thấp

Việc sử dụng thép cacbon thấp cho phần khoang của khuôn mang lại những lợi thế độc đáo cho các ứng dụng có thiết bị chế tạo khuôn hạn chế. Thép cacbon thấp có khả năng hàn tốt, tạo thuận lợi cho quá trình hàn. Đối với các khuôn đúc thổi cỡ lớn và cực lớn có rãnh làm mát sâu và dài, khó gia công bằng phương pháp khoan, thép có hàm lượng cacbon thấp có thể được sử dụng để hàn nhiều lớp để tạo thành các kênh làm mát và thậm chí cả khoang. Phương pháp này là đủ cho các sản phẩm có yêu cầu về độ chính xác ít nghiêm ngặt hơn. Khuôn đúc thổi làm bằng thép cacbon thấp cũng có thể được xử lý bề mặt bằng phương pháp cacbon hóa (thấm nitơ). Đối với các khuôn thép có hàm lượng carbon thấp đã được sử dụng một thời gian, quá trình cacbon hóa (thấm nitơ) có thể kéo dài tuổi thọ của chúng.

(b) Thép cacbon trung bình hoặc thép hợp kim cacbon trung bình

Những vật liệu này thường được sử dụng trực tiếp để tạo thành các khoang khuôn, tấm đế khuôn và các thành phần khác. Đối với khuôn đúc thổi nơi các kênh làm mát có thể được hình thành trực tiếp bằng phương pháp gia công, thép cacbon trung bình hoặc thép hợp kim cacbon trung bình phù hợp để chế tạo trực tiếp.

(c) Thép cacbon cao hoặc thép hợp kim cacbon cao

Thép cacbon cao hoặc thép hợp kim cacbon cao thường được sử dụng để chế tạo các bộ phận dẫn hướng và định vị cho khuôn đúc thổi, cũng như một số bộ phận chịu mài mòn đặc biệt.

3. Chất liệu thép không gỉ

Thép không gỉ được sử dụng rộng rãi trong các khuôn mẫu cho các sản phẩm đúc thổi cỡ nhỏ và vừa, đòi hỏi chất lượng bề mặt cao và được sản xuất với số lượng lớn. Khuôn thép không gỉ mang lại những lợi thế độc đáo cho các sản phẩm yêu cầu chất lượng bề mặt cao và khối lượng sản xuất lớn do độ ổn định kích thước tốt, độ hoàn thiện bề mặt cao và khả năng chống ăn mòn tuyệt vời.

4. Vật liệu hợp kim đồng berili

Hợp kim đồng berili sở hữu các đặc tính toàn diện tuyệt vời, khiến chúng đặc biệt thích hợp để sản xuất các sản phẩm đúc thổi cỡ nhỏ đến trung bình và khuôn thổi để sản xuất số lượng lớn. Hiện nay, hợp kim đồng berili được sử dụng rộng rãi trong khuôn thổi hợp kim nhôm để tạo ra các vật liệu chèn phôi với kết quả tốt. Hợp kim đồng berili thường chứa 2,75% berili và 0,5% coban, phần còn lại chủ yếu là đồng. Việc thay đổi hàm lượng berili có thể tạo ra các độ bền, độ cứng, độ dẫn nhiệt, khả năng chống ăn mòn và chống mài mòn khác nhau. Tuy nhiên, hợp kim đồng berili tương đối đắt tiền. Bột đồng berili có hại cho sức khỏe con người; do đó, cần thực hiện các biện pháp bảo vệ trong quá trình chế biến.

1. Lựa chọn vật liệu theo kích thước lô sản phẩm đúc thổi.

Đối với những sản phẩm yêu cầu chất lượng bề mặt cao, khối lượng sản xuất lớn thì nên lựa chọn thép khuôn cao cấp để sản xuất khuôn thổi.

Đối với các sản phẩm có yêu cầu chất lượng bề mặt thấp và khối lượng sản xuất cao, thép cacbon thông thường có thể được sử dụng để chế tạo khuôn đúc thổi.

Yêu cầu về chất lượng bề mặt sản phẩm không cao và sản lượng không lớn nên các vật liệu thông thường như hợp kim nhôm và thép cacbon thông thường được sử dụng để chế tạo khuôn đúc thổi.

2. Lựa chọn vật liệu theo phương pháp gia công khuôn.

Khoang khuôn được gia công bằng phương pháp gia công CNC và có thể được làm bằng thép cacbon chất lượng cao hoặc các loại thép khuôn khác.

Khuôn được sản xuất bằng phương pháp xử lý nhiều lớp và có thể được làm bằng thép có hàm lượng carbon thấp.

Khuôn được chế tạo bằng cách đúc và gia công, và hợp kim nhôm có thể được sử dụng để đúc.

3. Lựa chọn vật liệu theo thành phần cấu tạo của khuôn.

Khi yêu cầu về độ bền khoang của khuôn thổi không cao, có thể chọn hợp kim nhôm. Tuy nhiên, khi yêu cầu độ bền của các bộ phận cắt và ren khuôn cao, hợp kim đồng berili, thép cacbon chất lượng cao và các vật liệu thép chất lượng cao khác có thể được sử dụng để chế tạo các hạt dao.

Khi các bộ phận thông hơi và phần chèn của khuôn đòi hỏi độ chính xác và chất lượng bề mặt cao, có thể chọn vật liệu khuôn cao cấp như hợp kim đồng berili và thép không gỉ.

Các bộ phận dẫn hướng và định vị của khuôn có yêu cầu cao về độ bền và khả năng chống mài mòn, có thể được làm bằng vật liệu có độ cứng cao như thép cacbon cao.

Xử lý nhiệt của khuôn đúc thổi cũng rất quan trọng. Đối với khuôn đúc thổi làm bằng thép, việc ủ thường phải được thực hiện sau khi gia công thô để giảm biến dạng. Sau khi ủ, khuôn phải được để yên trong 24–48 giờ trước khi hoàn thiện. Đối với các cạnh cắt, có thể sử dụng phương pháp làm nguội cục bộ để tăng độ cứng của chúng.

Các bộ phận như thanh dẫn hướng và bộ phận định vị của khuôn có thể được làm cứng. Một số khuôn được chế tạo bằng phương pháp đúc hợp kim nhôm phải trải qua quá trình xử lý lão hóa nhất định để kéo dài tuổi thọ của chúng.

Đối với các khuôn đúc thổi yêu cầu tuổi thọ dài và sản xuất số lượng lớn sản phẩm, quá trình xử lý thấm nitơ thứ hai có thể được thực hiện sau khi đúc thử thành công để đảm bảo độ bền của chúng.