Gia công dập Inox: dập nguội, dập nóng và thiết kế khuôn tối ưu

Trong gia công Inox, dập (stamping/forming) là trụ cột bên cạnh cắt và chấn, quyết định năng suất và chất lượng linh kiện mỏng. Bài viết này tập trung vào dập nguội, dập nóng và nguyên tắc thiết kế khuôn cho Inox, với thông số thực hành, ví dụ tính lực và khuyến nghị vật liệu khuôn để giúp kỹ sư và chủ xưởng ra quyết định chính xác.

Tổng quan nhanh về vật liệu Inox cho dập

– Các nhóm thường gặp:
– Austenitic: 304/304L, 316/316L, 201. Dẻo tốt, hóa bền biến dạng cao (n≈0.35–0.5), xu hướng hồi xuân lớn, thích hợp dập vuốt sâu.
– Ferritic: 430. Từ tính, độ dẻo vừa, bán kính uốn cần lớn hơn austenitic.
– Martensitic/PH: ít dùng cho dập sâu; phù hợp chấn/dập nông sau ủ.
– Trạng thái vật liệu: nên chọn tấm ủ mềm (annealed), bề mặt 2B/BA cho dập nguội; độ dày đồng đều, ít vết xước để giảm “galling”.
– Cơ tính tham chiếu (annealed, điển hình): 304 UTS 520–620 MPa; 316L UTS 480–580 MPa; 430 UTS 450–550 MPa. Ứng suất cắt xấp xỉ 0.7–0.8 UTS khi tính lực cắt.

Dập nguội Inox: khi nào và như thế nào

Ưu/nhược điểm

– Ưu điểm: độ chính xác cao, bề mặt đẹp, chu kỳ nhanh, phù hợp sản lượng lớn và tấm mỏng đến trung bình (0.3–3.0 mm).
– Nhược điểm: hồi xuân lớn, “galling” cao nếu bôi trơn/khuôn không phù hợp; giới hạn dập vuốt phụ thuộc LDR và bề mặt.

Các công đoạn phổ biến

– Cắt/đột lỗ (blanking/piercing), tỉa mép.
– Uốn V, uốn Z, dập gân.
– Dập vuốt (deep drawing), dập dày thành (ironing) cho lon, cốc, chậu.
– Liên hoàn (progressive) hoặc chuyển bước (transfer).

Thông số then chốt cho dập nguội Inox

1) Khe hở khuôn khi cắt/đột
– Tổng khe hở (clearance) đề xuất: 12–18% chiều dày t (tổng hai bên) cho Inox; tương đương 6–9% t mỗi bên. Tăng khe hở giúp giảm lực và “galling”, nhưng bavia lớn hơn.
– Ví dụ: t=1.0 mm, chọn tổng clearance 0.14 mm (0.07 mm mỗi bên) cho 304.

2) Bán kính uốn và dập vuốt
– Uốn: 304/316L nên Rmin (bán kính trong) ≈ 1.0–1.5 t; 430 nên 1.5–3.0 t để tránh nứt mép.
– Dập vuốt:
– Bán kính đầu chày (punch radius) ≈ 4–8 t.
– Bán kính miệng cối (die radius) ≈ 4–10 t.
– Mép sắc hoặc bán kính quá nhỏ làm rách phôi rất nhanh.

3) Áp lực chặn phôi (blank holder)
– Mục tiêu: ngăn nhăn mà không cản dòng chảy vật liệu.
– Mức tham chiếu: 0.5–2.0 MPa cho chi tiết nhỏ; 2–5 MPa cho chi tiết lớn/thành mỏng. Tối ưu bằng thử nghiệm và/hoặc mô phỏng; sử dụng draw beads nếu cần.

4) Bôi trơn
– Dập nguội: dầu có phụ gia EP/CL, mỡ MoS2, hoặc dầu tổng hợp gốc este. Hạn chế clo đối với yêu cầu môi trường/ăn mòn; với sản phẩm cấp thực phẩm dùng dầu trắng y tế và vệ sinh sau gia công.
– Theo dõi và thay dầu để giảm “galling”.

5) Tốc độ và máy
– Máy trục khuỷu cho cắt/đột; servo-press tối ưu cho dập vuốt để điều chỉnh profile tốc độ (ram dwell).
– Tốc độ quá cao tăng nhiệt ma sát và dính bám; điều chỉnh theo vật liệu và bôi trơn.

6) Kiểm soát hồi xuân (springback)
– Inox austenitic cần bù góc 3–8° khi uốn V, tùy V-opening và t.
– Dùng chày/cối kẹp (coining), bottoming hoặc hiệu chỉnh dư (re-strike) để ổn định kích thước.

7) Giới hạn dập vuốt (LDR)
– Với 304 annealed, LDR thực tế 2.0–2.2 khi bôi trơn tốt và bán kính hợp lý; 430 thường thấp hơn.
– Blank hình “hoa thị” hoặc oval hóa nhẹ giúp giảm “do tai” (earing) khi có dị hướng.

Ví dụ tính lực cắt (blanking)

Bài toán: cắt biên dạng tròn Ø80 mm từ tấm 304, t=1.0 mm.
– Chu vi cắt L = πD ≈ 3.1416×80 = 251.3 mm.
– Ứng suất cắt ước tính τ ≈ 0.75×UTS ≈ 0.75×580 ≈ 435 MPa.
– Lực cắt F ≈ L × t × τ = 251.3 mm × 1.0 mm × 435 N/mm² ≈ 109 kN ≈ 11 tấn.
– Chọn máy ≥1.5×F để dự phòng: khoảng 16–20 tấn; lưu ý thêm lực đẩy/thoát phôi.

Xử lý lỗi thường gặp

– Rách thành: tăng bán kính chày/cối, giảm ma sát ở vùng miệng, tăng bôi trơn, tăng holder/bố trí draw beads.
– Nhăn mép: tăng áp lực chặn phôi, dùng draw beads, tối ưu hình phôi.
– Galling/dính bám: nâng cấp vật liệu khuôn/phủ cứng, tăng/đổi loại dầu, đánh bóng khuôn tốt (Ra ≤0.2 µm vùng làm việc).
– Hồi xuân lớn: tăng độ kẹp, coining nhẹ, bù hình; dùng tôi bề mặt khuôn để ổn định.
– Do tai (earing): chọn cuộn có tính dị hướng thấp, xoay hướng cắt phôi, chỉnh hình phôi theo kết quả đo.

Dập nóng và ấm (hot/warm forming) với Inox

Khi nào dùng

– Chi tiết dập vuốt sâu/thành dày, hình phức, hoặc cần giảm lực và hồi xuân.
– Vật liệu khó uốn nguội (ferritic dày, martensitic sau tôi) hoặc khi cần tạo hình gần-net-shape.

Dải nhiệt độ tham chiếu

– Austenitic (304/316): nóng 1000–1150°C; ấm 200–400°C.
– Ferritic/Martensitic: nóng 900–1100°C; ấm 150–350°C.
– Warm forming 200–300°C thường cho kết quả rất tốt: giảm lực 20–40%, giảm hồi xuân đáng kể, ít oxi hóa hơn so với dập nóng.

Lưu ý công nghệ

– Oxi hóa/lớp scale: cần bảo vệ khí (N2/Ar) hoặc tẩy pickling sau dập nóng.
– Khuôn: dùng thép nóng H13/1.2344 (46–52 HRC), làm mát/kênh giải nhiệt. Bôi trơn: borat/grafit/sol-gel cho nóng; dầu EP chịu nhiệt cho ấm.
– Tốc độ: thấp đến trung bình để kiểm soát nhiệt, tránh nứt nhiệt và mài mòn.

Ưu/nhược điểm

– Ưu: lực nhỏ hơn, ít hồi xuân, tạo hình sâu/hình phức.
– Nhược: đầu tư gia nhiệt, oxi hóa bề mặt, độ chính xác thấp hơn dập nguội, yêu cầu khuôn chuyên dụng.

Nguyên tắc thiết kế khuôn dập Inox

Phân loại và lựa chọn

– Khuôn cắt/đột, khuôn uốn, khuôn dập vuốt, khuôn liên hoàn, khuôn chuyển bước. Chọn theo sản lượng, độ phức tạp và dung sai.

Vật liệu khuôn và xử lý bề mặt

– Dập nguội:
– Chày/cối: D2/SKD11 (58–62 HRC) cho cắt/đột; PM (ASP23, M4PM) khi chống mài mòn/galling cao.
– Phủ: TiN/TiCN/CrN, DLC để giảm ma sát và dính bám với austenitic.
– Dập nóng/ấm:
– H13/1.2344, 1.2367; nitriding/PVD để tăng chống mài mòn nhiệt.
– Bề mặt vùng làm việc cần đánh bóng kỹ; bo mép hợp lý để giảm tập trung ứng suất.

Thông số hình học chủ chốt

– Khe hở cắt: như phần dập nguội (12–18% t tổng).
– Góc thoát và lỗ thoát phế liệu: đảm bảo phế liệu rơi tự do, tránh kẹt và cạ xước thành.
– Bán kính chày/cối dập vuốt: chày 4–8 t; cối 4–10 t; mép vào phải liên tục không góc gãy.
– Hệ dẫn hướng: cột dẫn chính xác, tấm chặn đàn hồi/khí/thuỷ lực cho dập vuốt.
– Draw beads: đặt tại vùng cần kiểm soát dòng chảy; bán kính bead 2–4 t, cao 1–2 t, tinh chỉnh qua thử nghiệm.
– Độ cứng và căn chỉnh: độ song song mặt làm việc ≤0.02 mm/100 mm; độ thẳng hàng chày–cối ≤0.01 mm.

Thiết kế dung sai và ổn định kích thước

– Ưu tiên định vị bằng lỗ/pilot sau nguyên công đột để giảm cộng dồn sai số.
– Re-strike/coin những bề mặt chức năng cần độ phẳng/độ song song cao.
– Với sản phẩm hàn sau dập, dự trù biến dạng nhiệt và kế hoạch chỉnh hình.

Bảo trì và tuổi thọ khuôn

– Lập chu kỳ mài sắc lưỡi cắt theo sản lượng và chiều dày; theo dõi bavia như chỉ số mòn.
– Kiểm tra vết cọ xước/galling; đánh bóng lại vùng làm việc trước khi mòn trở nên cục bộ.
– Quản lý bôi trơn và lọc dầu; tách phoi để tránh tái-cọ.

Quy trình triển khai thực tế: checklist 10 bước

1) Xác định mác Inox, chiều dày, bề mặt.
2) Chọn phương pháp: nguội cho mỏng/chính xác; ấm/nóng khi sâu/phức/tấm dày.
3) Tính lực lớn nhất, chọn máy (≥1.5–2.0× lực yêu cầu).
4) Thiết kế phôi (blank) và lộ trình nguyên công; xem xét draw beads/blank holder.
5) Chọn vật liệu khuôn, phủ, độ cứng.
6) Xác lập khe hở, bán kính, góc thoát; tính bề mặt dẫn hướng.
7) Chọn và thử bôi trơn; xác định thông số ép, tốc độ, profile servo (nếu có).
8) Chạy thử, đo lực/biến dạng; chỉnh áp lực chặn phôi và hình phôi để khử nhăn/rách.
9) Thiết lập tiêu chuẩn chất lượng: độ bavia, bán kính, độ cao tai, hồi xuân (góc), độ nhám.
10) Kế hoạch bảo trì khuôn và vệ sinh sau dập (tẩy, passivation khi cần).

Ví dụ nhanh: dập vuốt cốc 304 t=0.8 mm, D ngoài 60 mm, cao 30 mm

– Ước lượng phôi tròn:
– Diện tích thành + đáy ≈ π×D×h + π×(D/2)² = π×60×30 + π×30² ≈ 5655 + 2827 ≈ 8482 mm².
– Phương án phôi D0 ≈ √(4A/π) ≈ √(4×8482/3.1416) ≈ √(10802) ≈ 104 mm.
– Tỷ số dập lần 1: β = D0/Dp ≈ 104/60 ≈ 1.73 (< LDR 2.0–2.2), khả thi một lần dập với bôi trơn tốt và bán kính chuẩn. - Bán kính đề xuất: R chày ≈ 4–6 t = 3.2–4.8 mm; R cối ≈ 5–8 t = 4–6.4 mm. - Áp lực chặn phôi khởi điểm ≈ 1–2 MPa; tinh chỉnh để khử nhăn mà không rách. - Nếu xuất hiện “do tai”, điều chỉnh hình phôi (oval/hoa thị) nhỏ 1–3% theo hướng cán.

Gia công sau dập và xử lý bề mặt

– Tỉa bavia, nắn phẳng, mài mép/đánh bóng.
– Tẩy pickling (HNO3/HF) để loại scale sau dập nóng; rửa trung hòa kỹ, hoặc thay bằng pickling gel khu vực.
– Thụ động hóa (passivation) theo ASTM A967 cho chi tiết cần chống ăn mòn tối đa.
– Điện hóa bóng (electropolishing) cho bề mặt yêu cầu vệ sinh/sáng bóng.

So sánh nhanh: dập nguội vs dập ấm/nóng

– Dập nguội: tốt nhất cho độ chính xác và bề mặt; cần kiểm soát hồi xuân và galling. Phù hợp 0.3–3.0 mm, sản lượng lớn.
– Dập ấm (200–400°C): giảm lực và hồi xuân, bề mặt giữ tốt hơn so với nóng; phù hợp chi tiết vuốt sâu khó.
– Dập nóng (>900–1000°C): tối đa hóa độ dẻo, tạo hình phức/tấm dày; đổi lại là oxi hóa, đầu tư nhiệt và khuôn chịu nhiệt.

Nguồn tham khảo khuyến nghị

– Outokumpu, Forming of Stainless Steel (Design Manual). https://www.outokumpu.com
– SSINA, Design Guidelines for the Selection and Use of Stainless Steel. https://www.ssina.com
– ASM Handbook, Vol. 14A: Metalworking: Sheet Forming. ASM International.
– Uddeholm, Tool Steel for Forming. https://www.uddeholm.com

Kết luận

– Dập Inox tối ưu cần bắt đầu từ chọn đúng phương pháp (nguội/ấm/nóng), sau đó là thiết kế khuôn chuẩn: khe hở 12–18% t khi cắt, bán kính chày/cối 4–10 t cho dập vuốt, bôi trơn phù hợp và kiểm soát áp lực chặn phôi.
– Với austenitic (304/316L), chú ý hồi xuân và “galling”; với ferritic (430), tăng bán kính uốn và theo dõi nứt mép.
– Sử dụng vật liệu khuôn cứng, phủ chống dính, quy trình bảo trì chủ động giúp kéo dài tuổi thọ và ổn định chất lượng.
– Luôn xác thực bằng thử nghiệm ngắn và mô phỏng khi có thể, đặc biệt với chi tiết vuốt sâu hoặc hình phức.

Cần tư vấn thông số thực tế theo mác, chiều dày và máy đang có? Liên hệ Inox Cường Thịnh để được kỹ sư hỗ trợ thiết kế khuôn, chọn vật liệu và báo giá tốt nhất. Hotline: 0343.417.281. Email: inoxcongnghiep.cuongthinh@gmail.com