Một nhà sản xuất khuôn mẫu ở Huangyan đã dành ba tuần để điều chỉnh khuôn đúc giá đỡ ô tô SMC vì các chi tiết cứ bị kẹt trong khoang khuôn. Anh ta đã thử tăng góc nghiêng khuôn. Anh ta đã thử dùng chất tách khuôn. Anh ta đã thử giảm tốc độ ép. Không có gì hiệu quả cho đến khi anh ta xem bản vẽ bố trí bộ phận đẩy và nhận ra vấn đề không phải là chất tách khuôn — mà là bốn chốt đẩy đang đẩy vào các phần mỏng không được hỗ trợ, làm cong chi tiết thay vì đẩy nó ra khỏi lõi.
Thiết kế bộ phận đẩy sản phẩm cho khuôn SMC thường không được chú trọng như thiết kế hệ thống gia nhiệt hoặc thiết kế cạnh cắt. Điều này là hoàn toàn đúng. Một thiết kế bộ phận đẩy sản phẩm kém sẽ biến một khuôn có thể hoạt động 300,000 chu kỳ thành một khuôn cần phải làm lại sau 5,000 chu kỳ. Dưới đây là cách để làm đúng ngay từ đầu.
Điểm khác biệt giữa ép đùn SMC và ép phun
Nếu bạn từng thiết kế hệ thống đẩy cho khuôn ép nhựa nhiệt dẻo, hãy quên hầu hết những gì bạn biết. Việc đẩy nhựa SMC là một vấn đề hoàn toàn khác.
Các chi tiết SMC cứng hơn ở nhiệt độ tháo khuôn. Các chi tiết nhựa nhiệt dẻo khi ra khỏi khuôn còn nóng và hơi dẻo – bạn có thể uốn cong chúng ra khỏi lõi ở một mức độ nhất định. Các chi tiết SMC đông cứng trong khuôn ở nhiệt độ 140–160°C và đã được liên kết chéo hoàn toàn khi tháo khuôn. Chúng rất cứng. Nếu bộ phận đẩy ấn vào sai vị trí, chi tiết sẽ không uốn cong mà bị nứt hoặc phần nhô ra bị gãy.
Vật liệu SMC co ngót ít hơn và theo cách khác. Các bộ phận nhựa nhiệt dẻo co lại 0.5–2.0% khi nguội, điều này tự nhiên kéo chúng ra khỏi khoang khuôn và dính vào lõi – đó là lý do tại sao bạn đặt bộ phận đẩy ở phía lõi. Độ co ngót của SMC là 0.05–0.3%, và chủ yếu là do co ngót hóa học trong quá trình đóng rắn, chứ không phải do nhiệt. Chi tiết không “bám” vào lõi theo cách tương tự. Đôi khi nó dính vào khoang khuôn, điều đó có nghĩa là bạn cần bộ phận đẩy ở cả hai phía.
Không có quan niệm "vết kim đẩy là chấp nhận được". Các bộ phận SMC được sử dụng trong các ứng dụng ô tô và điện tử dễ nhìn thấy. Vết kim đẩy trên bề mặt loại A là hàng lỗi. Quá trình ép phun có thể che giấu vết kim đẩy ở mặt B. Các bộ phận SMC thường mỏng hơn (2-4mm) và mặt B vẫn có thể nhìn thấy được trong sản phẩm đã lắp ráp. Vị trí của kim đẩy quan trọng hơn.
Bước 1: Tính toán lực đẩy
Bạn cần biết lực cần thiết để đẩy chi tiết ra trước khi có thể xác định kích thước chốt. Công thức cơ bản là:
F = μ × A × P
Trong đó:
– F = lực đẩy (N)
– μ = hệ số ma sát giữa chi tiết và thép khuôn (thường là 0.15–0.35 đối với SMC trên thép P20)
– A = diện tích tiếp xúc giữa chi tiết và bề mặt khuôn (mm²)
– P = áp suất tiếp xúc do co ngót (thường là 0.5–2.0 MPa đối với SMC)
Một chi tiết SMC kích thước bằng mũ trùm đầu với diện tích tiếp xúc lõi 0.3 m² và hệ số giãn nở nhiệt μ=0.25 cần lực đẩy khoảng 37.5–150 kN tùy thuộc vào áp suất co ngót. Điều đó tương đương với 8–30 chốt đẩy, mỗi chốt có lực đẩy 5 kN. Đừng đoán mò — hãy tính toán kỹ.
Hệ số ma sát không phải là hằng số. Nó thay đổi trong suốt vòng đời của khuôn khi bề mặt dụng cụ bị mòn và chất tách khuôn tích tụ. Dụng cụ mới dễ bị đẩy ra hơn (μ≈0.15). Dụng cụ đã qua sử dụng nhiều với các vết xước nhỏ sẽ khó đẩy ra hơn (μ≈0.30+). Hãy thiết kế cho phân khúc cao cấp, nếu không bạn sẽ hối hận sau 50,000 chu kỳ.
Bước 2: Chọn loại bộ phận đẩy
Bốn loại đầu phun đáp ứng hầu hết các ứng dụng của SMC:
Chốt đẩy tròn — loại mặc định. Đường kính từ 4mm đến 25mm. Đối với SMC, nên chọn đường kính trên 8mm. Bất kỳ loại nào nhỏ hơn sẽ bị cong dưới lực đẩy hoặc xuyên thủng chi tiết. Thép H13 tôi cứng, bề mặt được xử lý nitơ. Khe hở giữa chốt và lỗ khoan nên là 0.01–0.02mm — nếu lỏng hơn, nhựa SMC sẽ lấp đầy khe hở và làm kẹt chốt.
Bộ phận đẩy lưỡi dao — dùng cho các gờ và thành mỏng. Có tiết diện hình chữ nhật, được sử dụng khi chốt tròn không vừa. Các tiết diện gờ SMC thường rộng 2–3mm. Bộ phận đẩy lưỡi dao 1.5mm có thể dùng được, nhưng dễ gãy. Sử dụng thép công cụ D2 với độ cứng HRC 58–60 cho lưỡi dao dưới 2mm. Bất cứ thứ gì mỏng hơn 1.2mm đều dễ gây rắc rối.
Tấm gạt phôi — dùng cho các bề mặt phẳng lớn. Tấm gạt phôi tác động lên toàn bộ chu vi của chi tiết. Điều này giúp phân bổ lực đẩy đồng đều và loại bỏ hoàn toàn các vết đúc. Nhược điểm: tấm gạt phôi làm tăng thêm 3,000–8,000 đô la vào chi phí dụng cụ và cần có ống dẫn hướng và công tắc giới hạn. Đối với các chi tiết SMC có tính thẩm mỹ cao, nơi các vết đúc là không thể chấp nhận được, đây là giải pháp phù hợp.
Chốt nâng có trợ lực thủy lực — dành cho các chi tiết có rãnh lõm. Các chi tiết SMC có các đặc điểm khớp nối nhanh hoặc các rãnh lõm cần các chốt nâng di chuyển theo chiều ngang trong quá trình đẩy sản phẩm ra. Điểm khác biệt so với ép phun: SMC có độ đàn hồi gần như bằng không sau khi đóng rắn, vì vậy chốt nâng cần phải vượt qua hoàn toàn rãnh lõm, chứ không chỉ uốn cong chi tiết vượt qua nó.
Bước 3: Đặt các thiết bị đẩy ở những vị trí thực sự hữu ích.
Vị trí đặt chốt quan trọng hơn số lượng chốt. Một khuôn SMC có 20 chốt đẩy đặt sai vị trí sẽ hoạt động kém hơn so với khuôn có 12 chốt đẩy đặt đúng vị trí.
Hãy ấn vào các gờ và phần nhô ra, chứ không phải vào các bề mặt phẳng. Các bộ phận cứng nhất của một chi tiết SMC là các gờ, phần nhô ra và các điểm giao nhau của thành. Đó là nơi lực đẩy được truyền tải tốt nhất. Một chốt ấn vào một tấm phẳng dày 2.5mm sẽ làm cong tấm đó. Cùng một chốt đó ấn vào một gờ dày 3mm ở đáy tấm đó sẽ đẩy toàn bộ chi tiết.
Cân bằng lực đẩy xung quanh trọng tâm của chi tiết. Nếu tất cả các bộ phận đẩy đều nằm ở một phía, chi tiết sẽ bị lệch trong quá trình đẩy ra và bị kẹt vào lõi. Kết quả là: một góc được giải phóng trong khi góc đối diện vẫn bị kẹt. Phân bố các bộ phận đẩy sao cho lực đẩy tổng cộng đi qua trong phạm vi 20mm so với tâm diện tích của chi tiết.
Tăng cường độ bám dính gần các bức tường thẳng đứng. Lực bám dính cao nhất luôn nằm gần các bức tường thẳng đứng và các gờ sâu — những khu vực này có diện tích tiếp xúc lớn nhất trên mỗi đơn vị diện tích chiếu. Đặt các bộ phận đẩy trong phạm vi 10–15mm so với các bức tường thẳng đứng. Không đặt chúng ngay sát chân tường (vì tiết diện thép sẽ quá mỏng) nhưng hãy đặt chúng thật gần.
Tránh ép vào các phần mỏng. Nếu độ dày của chi tiết tại vị trí đẩy nhỏ hơn 2mm, chốt sẽ xuyên qua hoặc để lại vết hằn rõ ràng trên bề mặt đối diện. Thêm một lớp đệm cục bộ — một khu vực dày hơn 1mm tại vị trí đẩy — để phân tán lực. Điều này hầu như không làm tăng thêm vật liệu và giúp giảm đáng kể lượng phế phẩm.
Bước 4: Thiết lập độ dài và thời gian của hành trình
Hành trình đẩy sản phẩm cần phải vượt qua phần cao nhất trên lõi khuôn. Đối với khuôn SMC, thông thường đó là 10–25mm đối với các chi tiết phẳng và 30–60mm đối với các chi tiết có gờ sâu. Thêm 5mm biên độ an toàn.
Thời điểm cũng rất quan trọng. Nếu máy ép mở và bộ phận đẩy hoạt động khi chi tiết vẫn còn nóng (trên 80°C), chi tiết sẽ mềm hơn một chút và dễ đẩy ra hơn. Nếu máy ép chờ và chi tiết nguội đi, nó sẽ cứng hơn và khó đẩy ra hơn. Hầu hết các dây chuyền SMC đẩy chi tiết ra ở nhiệt độ 80–100°C — đủ nóng để hỗ trợ việc đẩy ra, đủ nguội để chi tiết không bị biến dạng dưới trọng lượng của chính nó.
Các sự cố thường gặp và cách khắc phục bộ phận đẩy
| Vấn đề | Nguyên nhân có thể | Sửa chữa |
|---|---|---|
| Chi tiết dính vào khoang (không phải lõi) | Luồng khí lưu thông không đủ ở phía khoang rỗng; bề mặt khoang rỗng quá bóng. | Tăng độ nghiêng 1–2° cho các cạnh thẳng đứng của khoang; giảm độ bóng bề mặt khoang xuống SPI B-2 để tăng độ bám ở mặt lõi. |
| Kim đâm xuyên qua bộ phận | Chốt quá nhỏ so với tải trọng; phần kim loại quá mỏng tại vị trí chốt. | Tăng đường kính chân cắm lên tối thiểu 8mm; thêm lớp đệm cục bộ dày 3mm tại vị trí chân cắm. |
| Chốt bị cong sau 5,000–10,000 chu kỳ | Chốt quá nhỏ; tấm đẩy bị lệch | Nâng cấp lên đường kính lớn hơn hoặc H13 có xử lý nitơ hóa; kiểm tra độ song song của tấm đẩy. |
| Lỗ chốt đẩy của bộ phận nạp khí | Khe hở giữa chốt và lỗ quá lớn; SMC có độ nhớt thấp | Siết chặt khe hở xuống còn 0.01–0.02mm; thêm rãnh chắn tia lửa xung quanh chốt. |
| Bộ phận này bị kẹt và bó chặt trong quá trình phóng ra. | Bố trí bộ đẩy không cân bằng | Phân bổ lại các chân để cân bằng lực xung quanh tâm của chi tiết. |
| Dấu kim có thể nhìn thấy trên bề mặt A | Chân tiếp xúc quá gần với bề mặt A; độ dày miếng đệm không đủ. | Di chuyển chân cắm đến vị trí có gờ/nhô trên bề mặt B; thêm miếng đệm cục bộ 1mm nếu không thể di dời. |
FAQ
Một khuôn đúc SMC điển hình cần bao nhiêu chốt đẩy?
Khuôn đúc kích thước nắp ca-pô (diện tích chiếu 0.3–0.5 m²) thường sử dụng 12–20 chốt đẩy. Khuôn đúc vỏ thiết bị điện nhỏ hơn sử dụng 6–12 chốt. Nhiều chốt hơn không có nghĩa là tốt hơn — mỗi chốt đều là một đường dẫn tiềm tàng gây ra hiện tượng bavia và là điểm cần bảo trì. Hãy tính toán lực đẩy, sau đó sử dụng số lượng chốt tối thiểu có kích thước phù hợp để tạo ra lực đó.
Tôi có nên sử dụng ống đẩy khuôn trên lõi khuôn SMC không?
Ống đẩy quanh các chốt lõi hoạt động tốt — chúng là tiêu chuẩn trên các gờ và lỗ lắp đặt. Nhưng thành ống cần dày ít nhất 1.5mm để chịu được lực đẩy của SMC. Ống mỏng hơn sẽ bị nứt ở phần vai. Nếu gờ của bạn quá nhỏ so với thành ống 1.5mm, hãy sử dụng tấm gạt hoặc thiết kế lại gờ.
Tôi có cần bộ phận đẩy sản phẩm ra khỏi cả hai nửa khuôn không?
Đối với các hình dạng đơn giản với độ nghiêng 3° trở lên trên tất cả các bề mặt — có lẽ là không. Đối với các chi tiết phức tạp có các phần lồi lõm, bề mặt không có độ nghiêng hoặc có kết cấu ở cả hai mặt — thì có. Độ co ngót thấp của SMC có nghĩa là bạn không thể trông chờ vào việc chi tiết sẽ tự nhiên giữ nguyên một mặt. Nếu bạn không chắc chắn, hãy đặt hai bộ phận đẩy nhỏ ở phía khoang khuôn để đề phòng. Việc thêm chúng vào khuôn hiện có sẽ tốn gấp 10 lần so với việc đưa chúng vào thiết kế ban đầu.
Còn phương pháp đẩy phôi bằng chân không thì sao?
Một số khuôn SMC sử dụng cốc hút chân không ở đầu cánh tay robot thay vì bộ phận đẩy cơ khí trong khuôn. Điều này hiệu quả với các chi tiết phẳng lớn, nơi robot có thể kẹp chắc. Nó loại bỏ hoàn toàn các vết ghim. Nhược điểm: nó chậm hơn (robot phải đi vào máy ép, kẹp và rút ra) và không hiệu quả với các chi tiết có bề mặt A không đều, nơi vị trí đặt cốc hút bị hạn chế.