Chọn vật liệu dao cắt, khuôn dập Inox giúp tăng tuổi thọ 2–5 lần

Inox (thép không gỉ) gây dính bám, hóa bền nguội và tỏa nhiệt kém—đó là “bộ ba” rút ngắn tuổi thọ dao/khuôn. Bài viết này đi thẳng vào cốt lõi: chọn vật liệu dao cắt và khuôn dập phù hợp cho từng nhóm Inox và công đoạn, kết hợp nhiệt luyện, phủ bề mặt, thiết kế khe hở/kết cấu để tăng tuổi thọ dụng cụ 2–5 lần. Chủ đề là mảnh ghép quan trọng trong cẩm nang gia công Inox (cắt, chấn, dập, lốc), nhưng đủ độc lập để bạn áp dụng ngay tại xưởng.

5 thách thức khi gia công/dập Inox bạn phải “thiết kế ngược” vật liệu dụng cụ

– Hóa bền nguội mạnh (đặc biệt 304/316): yêu cầu mép cắt sắc, áp lực nén cao, kiểm soát phoi tốt.
– Dính bám (galling/adhesive wear): cần bề mặt khuôn chống dính, ma sát thấp, bôi trơn phù hợp.
– Dẫn nhiệt kém: nhiệt tích tụ ở lưỡi cắt → cần vật liệu chịu nhiệt và phủ chịu nhiệt.
– Mòn rãnh/khía cạnh (notch wear) tại mặt thoát phoi và mép vùng cắt.
– Ăn mòn/oxy hóa ở dụng cụ khi gia công ướt lâu dài.

Phân loại nhanh Inox và hệ quả chọn dụng cụ

– Austenitic (304, 316): hóa bền cao, dính bám mạnh. Ưu tiên dụng cụ sắc, phủ PVD chống dính, tốc độ vừa-thấp.
– Ferritic (430): dễ gia công hơn; tốc độ cao hơn austenitic ~10–20%.
– Martensitic (410/420): cứng hơn sau tôi; gia công khô không khuyến nghị; ưu tiên carbide, phủ chịu nhiệt.
– Duplex (2205): bền, dẻo thấp; dễ mẻ lưỡi. Dùng carbide hạt mịn, độ bền uốn cao, góc dương.
– Precipitation-hardening (17-4PH): độ bền cao; dụng cụ cứng, phủ chịu nhiệt, kiểm soát rung.

Chọn vật liệu cho DAO CẮT (tiện, phay, khoan, doa, cắt rãnh)

1) Vật liệu nền dụng cụ khuyến nghị

– HSS/M-Co (M35, M42): cho khoan mũi nhỏ, doa tinh, taro; chịu dính bám tốt hơn carbide; tốc độ cắt thấp.
– HSS bột luyện (PM HSS như ASP 23/30): hạt mịn, chống mẻ tốt; phù hợp khoan-taro Inox.
– Carbide WC-Co (hạt mịn/submicron, Co 8–12%): lựa chọn chính cho tiện/phay/khoan đường kính trung-lớn trên 304/316/duplex.
– Cermet: ít dính bám nhưng giòn; không ưu tiên cho austenitic/duplex ở cắt gián đoạn.
– Gốm/SiAlON: chỉ cho tinh trên martensitic/PH tốc độ cao, cắt liên tục, kẹp chắc; rủi ro mẻ ở austenitic.
– PCBN/PCD: không phù hợp cho thép không gỉ (PCD phản ứng với sắt, PCBN dễ mòn hóa học ở austenitic).

2) Phủ bề mặt cho dao cắt

– PVD TiAlN/AlTiN/AlCrN: chịu nhiệt, giảm mòn rãnh; lựa chọn chung cho phay/tiện.
– TiCN: ma sát thấp, chống dính tốt; hữu ích khoan/taro.
– CrN, DLC (amorphous): chống dính bám tối ưu, đặc biệt cho taro/khoan mỏng; tránh nhiệt quá cao với DLC.
– Lưu ý: PVD ưu tiên cho mép sắc; CVD dày dễ “bo mép” không lợi cho Inox mỏng.

3) Hình học lưỡi và thông số cắt (tham khảo)

– Hình học: góc dương, bán kính mũi nhỏ, vát mép rất nhẹ (hone nhỏ), chipbreaker dương cho austenitic.
– Tốc độ cắt (vc) điển hình:
– Tiện austenitic bằng carbide: 80–150 m/ph; duplex: 60–90 m/ph; ferritic/martensitic: 120–200 m/ph.
– Phay 304/316 bằng carbide: 120–180 m/ph; duplex: 80–120 m/ph.
– Khoan HSS-Co trên 304: 8–12 m/ph; carbide: 40–70 m/ph.
– Lượng chạy dao: tăng fz để tránh cọ xát; giảm ap/ae nếu rung; dùng tưới nguội áp cao cho khoan sâu và tiện rãnh.

4) Quy tắc thực chiến chống dính bám

– Tưới nguội nhiều, áp lực cao; dùng dầu cắt có phụ gia EP (S-P) dành cho Inox.
– Bề mặt dao/khoan đánh bóng; kiểm soát runout < 0,01–0,02 mm. - Giữ mép sắc bằng chu kỳ thay dao chủ động; mài sắc với bán kính micro nhỏ.

Chọn vật liệu cho KHUÔN DẬP (cắt đột, đột lỗ, uốn, vuốt sâu, cắt xẻ)

1) Cơ chế mòn cần “bắt bệnh” trước

– Mòn dính (galling), mòn dán (adhesive wear): thường gặp với 304/316 → ưu tiên thép chống dính, phủ CrN/DLC, bề mặt bóng.
– Mòn mài mòn (abrasive): với băng Inox cán cứng, xẻ dải/dao xả bìa → cần thép nhiều carbide cứng hoặc carbide nguyên khối.
– Mẻ sứt (chipping): khi khe hở nhỏ, lực sốc cao → cần thép độ dai cao, PM tool steel.

2) Vật liệu khuôn/punch theo công đoạn

– Đột, cắt biên (blanking/piercing) Inox 304/430 tấm mỏng-trung:
– Kinh tế: D2/SKD11 (58–61 HRC) + PVD TiCN/TiAlN; hoặc DC53 (60–62 HRC) cho độ dai cao hơn.
– Nâng cao: PM cold-work steel chống mẻ/mòn dính: Uddeholm Caldie, Sleipner; Böhler K340; tăng tuổi thọ 1,5–3 lần so D2.
– Cường độ/mài mòn cao (băng cứng, sản lượng lớn): PM giàu V (Vanadis 8, CPM 10V) hoặc carbide gắn; phủ AlCrN/TiAlN.
– Xẻ dải, dao cắt cuộn (slitting):
– Dao tròn: D2/Cr12MoV cho cấp phổ thông; 9CrSi cho kinh tế; carbide cho độ bền mòn tối đa; độ cứng mục tiêu 60–63 HRC (thép), 1500–1800 HV (carbide).
– Uốn (bending/flanging):
– DC53/SLD-Magic hoặc Caldie: chịu va đập, mép sắc lâu mòn; phủ TiAlN hoặc CrN để giảm dính mép.
– Vuốt sâu (deep drawing)/dập định hình Inox 304/316:
– Chống dính là ưu tiên: Vancron 40 (ma trận nitrid hóa, hệ số ma sát rất thấp) cho tuổi thọ vượt trội; thay thế bằng thép nền DC53 + thấm nitrid + phủ CrN/DLC.
– Bề mặt gương (Ra ≤ 0,1–0,2 µm) và bôi trơn EP bắt buộc.
– Dập tinh (fine blanking) và chi tiết dung sai khắt khe:
– PM steel sạch, hạt mịn: ASP 23/30, Vanadis 4 Extra; kiểm soát độ cứng 60–63 HRC; phủ PVD mỏng để giữ mép rất sắc.

3) Phủ, xử lý bề mặt cho khuôn dập

– PVD CrN: hệ số ma sát thấp, chống galling xuất sắc trên austenitic.
– TiCN/TiAlN/AlCrN: chịu mài mòn/nhiệt; dùng cho blanking/slitting tốc độ cao.
– DLC (ta-C/a-C:H): siêu chống dính cho vuốt sâu, thép mỏng; tránh tải nhiệt cực cao kéo dài.
– Nitriding (gas/ion): tăng cứng bề mặt 900–1200 HV, tốt cho uốn/đột; kết hợp PVD cho hiệu quả cộng hưởng.
– Đánh bóng/lapping: Ra mục tiêu ≤ 0,1–0,2 µm ở bề mặt làm việc.

4) Nhiệt luyện và xử lý lạnh tăng tuổi thọ

– DC53/SKD11: 60–62 HRC; ram kép 520–540°C; xử lý lạnh -80 đến -196°C sau tôi giúp giảm austenit dư, mòn giảm 20–50%.
– PM steel (Vanadis 4 Extra, Caldie): 60–63 HRC; quy trình chuẩn nhà sản xuất; tránh quá cứng gây giòn mép.
– Carbide: chọn hạt mịn, binder Co đủ dẻo dai (8–12%) cho đột lỗ nhỏ.

Thiết kế khuôn ảnh hưởng trực tiếp tới tuổi thọ dụng cụ

– Khe hở khuôn (die clearance) cho Inox: 8–15% bề dày tấm cho 304/316; 6–10% cho 430; duplex hướng tới 10–16%. Khe hở quá nhỏ → mẻ mép, dính bám; quá lớn → ba via cao.
– Bo R mép chày/cối: R = 0,02–0,05 mm giúp giảm mẻ; với fine blanking dùng mép sắc hơn, kiểm soát chặt nhiệt luyện.
– Góc nghiêng cắt (shear angle) trên dao cắt tấm: giảm lực đỉnh, phân bố tải, hạ ồn.
– Độ cứng tấm đỡ/ty dẫn: cao hơn vật liệu khuôn 2–3 HRC để tránh mài cọ.
– Bề mặt dẫn hướng bóng; hệ thống căn lề chính xác để giảm lệch tâm, chống mẻ cạnh.

Bôi trơn đúng cách: chìa khóa chống galling với Inox

– Dầu EP gốc khoáng/este ISO VG 68–150 với phụ gia S–P; với yêu cầu an toàn/sạch, dùng dầu không chứa clo đạt hiệu quả EP tương đương.
– Vuốt sâu: dùng dầu nhớt độ nhớt cao hoặc nhũ tương đặc; có thể lót film polymer mỏng (PE/PET) để giảm ma sát.
– Bổ sung phủ rắn MoS2/graphite trong trường hợp tốc độ thấp, tải cao.
– Làm mát/lọc tuần hoàn tốt để loại hạt mài làm xước khuôn.

Tính lực cắt đột nhanh để chọn vật liệu phù hợp

Công thức xấp xỉ lực đột F ≈ L × t × τs, với L (mm) chu vi cắt, t (mm) chiều dày, τs (N/mm²) là bền cắt ≈ 0,6–0,75 × UTS.
Ví dụ: Đột biên chi tiết 304 t = 1,0 mm, L = 500 mm, UTS ≈ 700 MPa → τs ≈ 490 N/mm².
F ≈ 500 × 1,0 × 490 ≈ 245.000 N (245 kN).
Hệ quả:
– Nếu lực cao, ưu tiên PM steel/carbide để tránh mẻ; tăng clearance về 10–12% và dùng shear angle để hạ lực đỉnh; bắt buộc phủ chống dính.

Lộ trình chọn vật liệu dụng cụ theo mục tiêu xưởng

– Mục tiêu kinh tế, sản lượng vừa:
– Dao cắt: carbide phủ TiAlN; khoan/taro: HSS-Co hoặc PM HSS phủ TiCN/CrN.
– Khuôn đột: DC53/D2 + PVD TiCN; đánh bóng tốt; khe hở 8–12%.
– Mục tiêu tối đa tuổi thọ, sản lượng lớn/duplex:
– Dao cắt: carbide hạt mịn, cấp chuyên dụng cho Inox; PVD AlCrN/TiAlN; tưới áp cao.
– Khuôn: PM steel (Caldie/Vanadis 4 Extra/K340); vùng vuốt sâu dùng Vancron 40 hoặc nitrid + CrN/DLC.
– Vật liệu cực mỏng/inox mềm dễ dính:
– Ưu tiên bề mặt cực bóng + CrN/DLC; dùng dầu EP sạch; giảm tốc, tăng bôi trơn.

Check-list nâng tuổi thọ 2–5 lần

– Chọn đúng vật liệu nền (PM steel/carbide cho tải cao; Vancron/DLC cho dập vuốt).
– Nhiệt luyện đúng chuẩn; cân nhắc xử lý lạnh để giảm austenit dư.
– PVD đúng vai trò: CrN/DLC chống dính; AlCrN/TiAlN chống mài mòn/nhiệt.
– Khe hở khuôn tối ưu; mép sắc + bo R nhỏ; shear angle nếu có thể.
– Bề mặt bóng Ra ≤ 0,2 µm; bôi trơn EP phù hợp; lọc dầu sạch.
– Thay dao/khuôn theo chu kỳ; ghi nhật ký mòn để tối ưu kinh tế dụng cụ.

Ví dụ triển khai thực tế ngắn

– Đột 304 t=0,8 mm, sản lượng 300.000 sp/tháng: chuyển từ D2 (HRC 60) không phủ sang Caldie (HRC 61) + PVD CrN; tăng clearance từ 6% lên 10%; dầu EP VG100 → Kết quả: thời gian giữa 2 lần mài tăng 2,7 lần, ba via ổn định, loại hẳn dính bám.
– Vuốt sâu cốc 316: dùng DC53 + nitriding + DLC, đánh bóng gương; dầu vuốt độ nhớt cao. Chu kỳ làm sạch/lọc dầu mỗi 2 tuần → Tỷ lệ xước giảm 80%, tuổi thọ khuôn tăng ~3,2 lần.

Tài liệu tham khảo

– Sandvik Coromant – Machining stainless steels (khuyến nghị vật liệu và thông số cắt): https://www.sandvik.coromant.com
– Kennametal – Stainless steel machining application guides: https://www.kennametal.com
– Uddeholm – Datasheets Caldie, Vanadis 4 Extra, Vancron 40 (dập nguội, chống galling): https://www.uddeholm.com
– Böhler – K340 ISODUR cold work tool steel: https://www.bohler-edelstahl.com
– SSINA – Designer’s Handbook for Stainless Steel: https://www.ssina.com
– ASM Handbook, Vol. 16 – Machining; Vol. 14A – Metalworking: Bulk Forming.

Kết luận

Để tăng tuổi thọ dao cắt, khuôn dập Inox 2–5 lần, hãy bắt đầu từ “đúng vật liệu – đúng phủ – đúng thiết kế”:
– Dao cắt: carbide hạt mịn, PVD TiAlN/AlCrN; HSS-Co/PM HSS cho khoan/taro; hình học dương, tưới nguội mạnh.
– Khuôn dập: ưu tiên PM steel (Caldie, Vanadis 4 Extra, K340) cho đột/xẻ; Vancron 40 hoặc nitrid + CrN/DLC cho vuốt sâu chống dính; nhiệt luyện/chỉnh khe hở tối ưu.
– Hoàn thiện bề mặt, bôi trơn EP và kiểm soát quy trình là 3 “điểm cộng” kéo dài tuổi thọ, ổn định chất lượng mép cắt.
Cần tư vấn vật liệu, gia công, phủ bề mặt theo case cụ thể? Liên hệ Inox Cường Thịnh để được đề xuất tối ưu và báo giá tốt nhất. Hotline: 0343.417.281. Email: inoxcongnghiep.cuongthinh@gmail.com