Khuôn mẫu là gì? Hướng dẫn lựa chọn loại hình khuôn mẫu tối ưu
Khuôn mẫu là gì? Khuôn mẫu là công cụ được sử dụng trong các kỹ thuật sản xuất như ép phun, ép nhiệt, hoặc đúc để tạo ra các bộ phận bằng nhựa, silicon, cao su và các loại kim loại khác.
1. Khuôn mẫu là gì?
Khuôn mẫu là một công cụ, cấu trúc hoặc khung được thiết kế và cố định giúp định hình các nguyên liệu thô dễ uốn. Về cấu tạo, khuôn có dạng lõm hoặc dạng lồi được thiết kế theo sản phẩm cuối cùng mà nhà sản xuất muốn tạo ra.
Khuôn mẫu đặc biệt quan trọng đối với các quy trình sản xuất và mục đích chính là tái tạo các bản sao thống nhất của một thiết kế nhất định. Vật liệu được sử dụng trong chế tạo khuôn bao gồm kim loại, nhựa, gốm sứ, gỗ,..Sau khi được thiết kế và phát triển bằng cách sử dụng các công cụ tạo khuôn, khuôn được lắp vào thiết bị tạo khuôn và các nguyên liệu thô như nhựa nhiệt dẻo được đổ vào khuôn hoặc tạo hình xung quanh khuôn. Sau khi đông đặc, khuôn in các hoa văn của nó lên vật liệu để tạo thành sản phẩm hoàn chỉnh.
2. Các loại hình sản xuất sử dụng khuôn mẫu
Làm khuôn mẫu rất quan trọng với nhiều quy trình sản xuất. Khuôn mẫu đóng vai trò là bản thiết kế mà từ đó quá trình sao chép diễn ra đối với nhiều mặt hàng được sản xuất hàng loạt. Các quy trình sản xuất dựa trên khuôn mẫu bao gồm:
2.1. Ép phun
Ép phun là một trong những quy trình sản xuất phổ biến nhất đối với các bộ phận bằng nhựa nhiệt dẻo, silicon, cao su. Đây là một công nghệ tiết kiệm chi phí, mang lại các bộ phận chất lượng cao cho sản xuất hàng loạt số lượng lớn. Với quy trình này, khuôn được đưa vào máy ép phun, sau đó nguyên liệu thô hóa lỏng được đổ vào khuôn. Sau khi vật liệu cứng lại, phần cuối cùng được đẩy ra khỏi máy và quá trình này được lặp lại liên tiếp nhanh chóng.
2.2. Tạo hình bằng nhiệt
Tạo hình bằng nhiệt liên quan đến việc làm nóng một tấm nhựa và tạo thành các hình dạng cụ thể bằng khuôn. Khuôn mẫu cung cấp các mẫu mà thiết bị tạo hình nhiệt sử dụng để phát triển một bộ phận đã hoàn thiện. Tùy thuộc vào quy trình tạo hình nhiệt, vật liệu dễ uốn, được làm nóng được kéo hoặc ép lên khuôn hoặc ép lên khuôn bằng chân không. Tạo hình bằng nhiệt là phương pháp phổ biến nhất để sản xuất bao bì, nhưng nó cũng được sử dụng trong sản xuất các bộ phận sử dụng cuối lâu bền.
2.3. Đúc
Đúc liên quan đến việc lấp đầy khuôn bằng kim loại nóng chảy hoặc vật liệu hóa lỏng khác. Vật liệu nóng chảy nguội đi và cứng lại trong khuôn mẫu để tạo thành sản phẩm mong muốn. Đúc thường được sử dụng để sản xuất các sản phẩm kim loại, cũng như các bộ phận bằng silicon và nhựa.
2.4. Đúc thổi
Đúc thổi là một kỹ thuật tương tự như thổi thủy tinh. Máy thổi khuôn thổi không khí vào một miếng giống như ống được làm nóng, thường được làm bằng nhựa hoặc thủy tinh, được kẹp vào khuôn. Khi không khí được thổi vào khuôn, áp suất sẽ đẩy nhựa ra ngoài để phù hợp với hình dạng của khuôn. Đúc thổi thường được sử dụng để sản xuất các sản phẩm rỗng, chẳng hạn như chai lọ.
Xem thêm: Ngành chế tạo khuôn mẫu Việt Nam – thực trạng, đầu tư và phát triển công nghệ
3. Các loại khuôn mẫu
Có nhiều loại khuôn mẫu có thể được sử dụng làm giải pháp dụng cụ cho các quy trình sản xuất trên. Ví dụ trong đúc nhôm có khuôn đúc cát, khuôn gốm và khuôn vỏ.
3.1. Khuôn mẫu một phần
Khuôn một phần đề cập đến các loại khuôn đơn giản nhất có bề mặt đồng nhất trên tất cả các phần của vật thể được đúc. Các thiết kế khuôn hoặc vật thể có một bề mặt phẳng cũng có thể được sao chép bằng khuôn một phần hoặc một mảnh. Mặc dù các khuôn một phần có thể được tạo từ các mô hình CAD, nhưng các khuôn này thường được phát triển từ một mô hình tổng thể vật lý.
3.2. Khuôn mẫu hai phần
Khuôn hai phần cung cấp một cách tiếp cận khả thi để sản xuất khuôn cho các thiết kế phức tạp hơn. Khuôn hai phần được định nghĩa là khuôn có hai phần riêng biệt được nối với nhau tại một đường phân khuôn, để tạo ra sản phẩm cuối cùng. Mỗi bộ phận được sản xuất phản ánh các tính năng khác nhau của cả hai phần của thiết kế mô hình hoặc mô hình chính. Tạo khuôn hai phần cũng thường liên quan đến việc phát triển cả hai phần của khuôn từ mô hình chính hoặc mô hình CAD.
3.3. Khuôn mẫu nhiều phần
Khuôn nhiều phần lý tưởng cho các thiết kế khuôn có hình học phức tạp hơn đòi hỏi một cách tiếp cận khác so với quy trình phát triển khuôn một hoặc hai phần. Khuôn nhiều phần chiếm các khía cạnh hoặc tính năng khác nhau của mô hình. Do đó, khuôn hoàn chỉnh sẽ bao gồm nhiều phần để tái tạo các tính năng khác nhau của mô hình.
3.4. Khuôn mẫu nhiều khoang
Khuôn nhiều khoang có nhiều khoang có hình dạng giống nhau, giúp có thể sản xuất nhiều chi tiết trong mỗi chu kỳ sản xuất, nhờ đó tăng năng suất.
4. Làm thế nào để chọn một kỹ thuật làm khuôn mẫu?
4.1. Phác thảo các tiêu chí phát triển cho dự án
Một kế hoạch tổng thể sản xuất có thể giúp tạo ra các chi tiết rõ ràng về những gì được mong đợi từ một dự án, lịch trình phát triển của dự án và ngân sách hiện có. Cho dù bạn đang lập kế hoạch tạo các bộ phận tùy chỉnh hay sản xuất hàng loạt hàng nghìn mặt hàng giống nhau sẽ xác định các tùy chọn cần chọn trong các bước tiếp theo. Các tiêu chí phát triển có thể khác nhau tùy thuộc vào dự án, nhưng nhìn chung bao gồm thiết kế của bộ phận, kích thước, vật liệu, chất lượng, dung sai yêu cầu, thời gian, khối lượng sản xuất yêu cầu, hạn chế về chi phí,…
Trong quá trình phát triển sản phẩm, tài liệu ban đầu trả lời nhiều câu hỏi trong số này thường là tài liệu yêu cầu sản phẩm (PRD), trong khi hóa đơn nguyên vật liệu (BOM) là danh sách đầy đủ các bộ phận, hạng mục, cụm lắp ráp và các vật liệu khác cần thiết để tạo ra sản phẩm.
4.2. Chọn quy trình sản xuất khuôn mẫu
Quy trình sản xuất phù hợp cho một bộ phận nhất định phần lớn phụ thuộc vào các tiêu chí phát triển. Trong một số trường hợp, nhiều quy trình sản xuất có thể được sử dụng để tạo ra bất kỳ thiết kế nhất định nào. Theo nguyên tắc chung, hãy chọn quy trình có thể sản xuất bộ phận nhất định với chất lượng yêu cầu, với chi phí thấp nhất, đồng thời đáp ứng các tiêu chí phát triển còn lại. Sự lựa chọn vật liệu và khối lượng sản xuất có thể là những yếu tố quan trọng nhất thúc đẩy quyết định của bạn.
4.3. Kỹ thuật chọn khuôn mẫu
Sau khi bạn giải quyết đúng quy trình sản xuất, loại khuôn cho quy trình cũng được xác định chủ yếu bởi các tiêu chí phát triển. Mặc dù các yếu tố chính xác phụ thuộc vào quy trình sản xuất, đây là một số cân nhắc quan trọng nhất khi chọn kỹ thuật tạo khuôn:
- Thiết kế bộ phận: Cố gắng đơn giản hóa thiết kế càng nhiều càng tốt và căn chỉnh nó với các quy tắc thiết kế của quy trình sản xuất nhất định để có thể chọn kỹ thuật có thể đạt được chi phí thấp nhất. Các thiết kế đơn giản có thể chỉ yêu cầu khuôn có thể được tạo bằng kỹ thuật thủ công, trong khi các thiết kế phức tạp thường yêu cầu khuôn nhiều phần và công cụ sản xuất kỹ thuật số như máy in 3D hoặc gia công CNC để tạo.
- Khối lượng sản xuất: Hoạt động sản xuất số lượng lớn đòi hỏi khuôn bền có thể sao chép chính xác các mô hình mà không bị hao mòn sau một vài lần sử dụng. Tuy nhiên, chế tạo các công cụ như vậy đi kèm với chi phí cao và thời gian thực hiện. Đối với các bộ phận dùng một lần và các lô có khối lượng thấp hơn, có thể hiệu quả hơn nếu chọn các khuôn rẻ hơn có thể được tạo ra nhanh hơn, chẳng hạn như khuôn hy sinh hoặc khuôn mềm có thể bị loại bỏ khi chúng bắt đầu có dấu hiệu hao mòn không thể sửa chữa được.
- Chất lượng: Dung sai chặt chẽ hơn yêu cầu khuôn và công cụ chính xác hơn để tạo, chẳng hạn như công cụ sản xuất kỹ thuật số và cần phải bền hơn để đảm bảo chất lượng bộ phận nhất quán qua nhiều chu kỳ.
- Thời gian: Sản xuất khuôn kim loại phức tạp thường mất hàng tháng thông qua nhà cung cấp dịch vụ. Nếu bạn đang làm việc với thời gian ngắn hơn, hãy cố gắng tìm kiếm các giải pháp thay thế có thể rút ngắn thời gian thực hiện, chẳng hạn như công cụ in 3D nhanh .
- Vật liệu: Vật liệu có điểm nóng chảy cao hơn hoặc mài mòn hơn sẽ yêu cầu khuôn bền hơn và có thể tạo ra khối lượng các bộ phận theo yêu cầu mà không bị xuống cấp.
Khuôn mẫu là công cụ chuyên dụng được sử dụng trong quá trình sản xuất để tạo ra các chi tiết, bộ phận có hình dạng. Chúng thường được làm bằng kim loại hoặc nhựa và có nhiều hình dạng và kích cỡ khác nhau. Khuôn đóng một vai trò quan trọng trong ngành sản xuất, vì chúng cho phép các nhà sản xuất sản xuất các bộ phận chất lượng cao, nhất quán với độ chính xác và hiệu quả cao. Chúng được sử dụng trong nhiều ứng dụng, bao gồm sản xuất các bộ phận bằng nhựa cho hàng tiêu dùng, đúc kim loại cho các ứng dụng công nghiệp và khuôn thực phẩm để sản xuất kẹo, sôcôla và các loại bánh kẹo khác.
