6 phương pháp đánh bóng khuôn & những lưu ý
Đánh bóng khuôn không chỉ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm, mà còn tăng tính thẩm mỹ, cải thiện khả năng chống ăn mòn, giảm chu kỳ ép phun,… Vì vậy, đánh bóng là một quy trình rất quan trọng trong quá trình sản xuất khuôn nhựa.
Bài viết này sẽ mang đến các bạn 6 phương pháp đánh bóng khuôn, những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng và những lưu ý trong quá trình đánh bóng khuôn này.
Các phương pháp đánh bóng khuôn
Hiện nay, có 6 phương pháp đánh bóng khuôn nhựa phổ biến như sau:
-
Đánh bóng cơ học
Đánh bóng cơ học là phương pháp được lựa chọn thường xuyên nhất, bằng cách sử dụng những dụng cụ có khả năng cắt hoặc làm biến dạng dẻo bề mặt vật liệu như đá mài dầu, đá ceramic, nỉ đánh bóng, giấy nhám, dụng cụ mài cắt kim cương,… qua đó loại bỏ những phần lỗi lõm trên bề mặt để có được bề mặt nhẵn bóng. Phương pháp này được thực hiện chủ yếu bằng thủ công.
Đối với những bề mặt đặc biệt như bề mặt của bộ phận có cơ chế xoay, có thể sử dụng công cụ hỗ trợ như bàn xoay. Đối với trường hợp yêu cầu chất lượng bề mặt cao, có thể sử dụng phương pháp đánh bóng siêu tinh. Đánh bóng siêu chính xác cần sử dụng loại công cụ đặc biệt.
Đánh bóng tinh và đánh bóng gương cần được thực hiện với các dụng cụ mài chuyên dụng như máy mài khí/mài điện lắp đầu nỉ kết hợp bột đánh bóng kim cương ma sát với bề mặt lòng khuôn ở tốc độ quay cao. Kỹ thuật này có thể đạt được độ nhám bề mặt Ra 0.008μm.
Phương pháp đánh bóng cơ học không tốn nhiều chi phí đầu tư về dụng cụ, hiệu quả đạt được là tốt, phù hợp với nhiều cấu trúc khuôn khác nhau, nhưng do việc đánh bóng thủ công nên thường tốn nhiều thời gian, cũng đòi hỏi người thợ cần phải có tay nghề cao, cần thêm nhân công và năng suất không cao.
-
Đánh bóng bằng hóa chất
Đánh bóng bằng hóa chất là quá trình mà trong đó bề mặt lồi lên được hòa tan và làm phẳng trong môi trường hóa học, qua đó có được bề mặt nhẵn.
Ưu điểm của phương pháp này là không cần những thiết bị hỗ trợ phức tạp, có thể đánh bóng các phôi khuôn có hình dạng phức tạp, đánh bóng đồng loạt nhiều khuôn cùng lúc, hiệu quả cao.
Vấn đề quan trọng của phương pháp đánh bóng này là chuẩn bị dung dịch đánh bóng. Độ nhám bề mặt thu được bằng cách đánh bóng hóa học thường là khoảng 10μm.
Nhược điểm của phương pháp đánh bóng bằng hóa chất là có thể gây nguy hiểm cho người thực hiện, đồng thời, phải lựa chọn đúng loại hóa chất, nếu không có thể khiến hỏng phôi mà rất khó sửa chữa.
-
Đánh bóng điện phân
Nguyên tắc cơ bản của đánh bóng bằng điện phân cũng tương tự như đánh bóng bằng hóa chất, bề mặt được làm bóng nhẵn bằng cách hòa tan các phần lồi trên bề mặt khuôn một cách có chọn lọc.
So với đánh bóng hóa học thì đánh bóng điện phân hiệu quả tốt hơn vì nó có thể loại bỏ ảnh hưởng của phản ứng catot.
Quá trình đánh bóng điện phân được chia thành hai bước:
(1) Đánh bóng thô: Bề mặt được hòa tan khuếch tán sang vật liệu điện phân, độ nhám bề mặt vật liệu giảm, Ra > 1μm.
(2) Đánh bóng tinh: Phân cực anot, cải thiện độ sáng bóng bề mặt, Ra < 1μm.
-
Đánh bóng bằng siêu âm
Đánh bóng siêu âm là phương pháp dựa vào rung động tần số cao để hỗn hợp mài cọ xát liên tục với bề mặt khuôn, qua đó giúp bề mặt đạt được độ bóng đồng đều hơn, rất có lợi cho việc làm sáng bề mặt khuôn.
Phương pháp này được thực hiện bằng cách đặt khuôn và hỗn hợp mài trong cùng trường siêu âm. Do tác động lực là rất nhỏ nên hầu như không gây ra biến dạng phôi, tuy nhiên do độ phức tạp nên việc chế tạo và lắp đặt dụng cụ lại gặp nhiều khó khăn.
Xử lý bề mặt khuôn bằng siêu âm có thể kết hợp với các phương pháp hóa học hoặc điện hóa. Trên cơ sở ăn mòn và điện phân dung dịch, người ta áp dụng rung động siêu âm để khuấy dung dịch hòa tan trên bề mặt phôi, đồng nhất ăn mòn hoặc điên phân gần bề mặt khuôn.
-
Đánh bóng bằng dòng chất lỏng
Đánh bóng bằng dòng chất lỏng dựa vào sự mài mòn của dòng chảy tốc độ cao của chất lỏng có chứa các hạt mài chảy trên bề mặt khuôn nhằm đạt được mục đích đánh bóng.
Có 3 phương pháp đánh bóng bằng dòng chất lỏng phổ biến là:
- Phun hợp chất mài
- Phun chất lỏng
- Mài thủy động lực
Quá trình mài thủy động lực được dẫn động bởi áp suất thủy lực, do đó chất lỏng mang theo các hạt mài chảy qua bề mặt khuôn với tốc độ cao.
Dung dịch mài mòn chủ yếu được làm bằng các hợp chất đặc biệt (các chất giống polyme) dễ trôi, ít bám dính. Bột cacbua silic có thể được sử dụng làm chất mài mòn.
-
Đánh bóng từ tính
Đánh bóng từ tính là phương pháp sử dụng các hạt mài có từ tính để tạo thành chổi mài dưới tác động của từ tính, di chuyển trên bề mặt khuôn để đánh bóng khuôn.
Phương pháp này có hiệu suất xử lý cao, chất lượng tốt, dễ dàng kiểm soát. Với chất mài mòn thích hợp, độ nhám bề mặt có thể đạt Ra 0.1μm.
Quy trình cơ bản để đánh bóng cơ học
Để có được kết quả đánh bóng đạt chất lượng cao, điều quan trọng nhất là phải có các thiết bị, dụng cụ và phụ kiện đánh bóng chất lượng cao như đá mài, giấy nhám, bột mài kim cương.
Việc lựa chọn quy trình đánh bóng phụ thuộc vào tình trạng bề mặt sau quá trình xử lý trước đó, chẳng hạn như gia công phay, xung điện EDM, mài,…
Quy trình chung của đánh bóng cơ học gồm 3 bước như sau:
-
Mài thô
Sau khi phay, tiện, EDM hay các quá trình xử lý khác, bề mặt có thể được đánh bóng bằng máy mài xoay với tốc độ khoảng 35000 đến 40000 vòng/phút. Để tránh tia lửa điện sinh ra trong quá trình mài, thường dùng bánh xe mài với đường kính 3mm và WA #400.
Tiếp theo là quá trình mài thủ công bằng đá mài dầu cùng với chất bôi trơn hoặc chất làm mát để làm mờ các vết xước. Thứ tự chung là #180 đến #240 đến #320 đến #400 đến #600 đến #800 đến #1000. Nhiều nhà sản xuất khuôn chọn bắt đầu với #400 để tiết kiệm thời gian.
-
Mài tinh
Đánh bóng tinh chủ yếu dùng giấy nhám và dầu hỏa, điều này sẽ giúp làm mịn bề mặt phôi trước khi tiến hành đánh bóng. Giấy nhám được sử dụng lần lượt là #400 – #600 – #800 – #1000 – #1200 – #1500.
Trên thực tế, giấy nhám #1500 chỉ phù hợp với thép cứng trên 52 HRC, không phù hợp với thép pre-hardened vì có thể gây hỏng bề mặt phôi thép.
-
Đánh bóng
Bột đánh bóng kim cương thường được sử dụng chủ yếu trong giai đoạn cuối này. Có nhiều phương pháp để đánh bóng khác nhau tùy vào hình dạng khuôn.
Nếu bạn sử dụng nỉ đánh bóng để chà đều bột mài kim cương lên bề mặt phôi thì trình tự mài thông thường mang đến hiệu quả cao là 9μm (#1800) ~ 6μm (#3000) ~ 3μm (#8000). Nỉ đánh bóng và bột nhão kim cương 9μm có thể được sử dụng để loại bỏ các vết xước nhỏ bằng sợi tóc do giấy nhám #1200 và #1500 để lại.
Sau đó, để đạt được độ hoàn thiện bề mặt tốt hơn nữa, đến mức độ gần như gương, nỉ dính và bột nhão kim cương mài mòn được sử dụng theo thứ tự 1μm (#14000) ~ 0.5μm (#60000) ~ 0.25μm (#100000).
Quá trình đánh bóng với độ chính xác hơn 1μm (bao gồm cả 1μm) cần được thực hiện trong phòng sạch. Các loại bụi bẩn, hơi nước,… đều có thể làm hỏng quá trình đánh bóng bề mặt khuôn, nhất là khi yêu cầu độ chính xác cao.
Những vấn đề cần lưu ý trong quá trình đánh bóng khuôn
Chú ý những điểm sau khi đánh bóng bằng giấy nhám và đá mài dầu
– Khi đánh bóng các bề mặt hình tròn hoặc hình cầu, việc sử dụng thanh đánh bóng có độ đàn hồi (như thanh nứa, thanh tre) sẽ phù hợp hơn. Các thanh cứng hơn, như gỗ, thích hợp hơn để đánh bóng các bề mặt phẳng.
– Hình dạng của dụng cụ mài phải phù hợp, tương đồng với bề mặt khuôn, để đảm bảo phôi không bị biến dạng khi mài, và không gây ra các vết xước sâu do ảnh hưởng của dụng cụ mài, chẳng hạn các góc cạnh nhọn của dụng cụ mài có thể gây xước sâu khi mài bề mặt cầu lõm.
– Khi thay đổi các công đoạn mài hay khi thay đổi loại giấy nhám, hướng đánh bóng nên được thay đổi từ 45° đến 90° để có thể phân biệt được với các đường đánh bóng của công đoạn hay giấy nhám trước đã tạo nên.
– Trước khi thay đổi các loại giấy nhám khác nhau, bề mặt đánh bóng cần phải được lau chùi cẩn thận bằng dung dịch tẩy rửa, chẳng hạn giấy 100% cotton thấm cồn, vì một hạt sạn nhỏ sót lại trên bề mặt khuôn sẽ phá hỏng toàn bộ quá trình đánh bóng.
Quá trình làm sạch này cũng rất quan trọng khi chuyển từ đánh bóng bằng giấy nhám sang đánh bóng kim cương. Tất cả các hạt sạn và dầu hỏa phải được làm sạch hoàn toàn trước khi tiếp tục đánh bóng.
– Để tránh làm trầy xước bề mặt của phôi, phải đặc biệt lưu ý khi đánh bóng bằng giấy nhám #1200 và #1500. Cần lực nhẹ và đánh bóng bề mặt bằng phương pháp đánh bóng hai bước. Khi đánh bóng với từng loại giấy nhám, nên thực hiện đánh bóng 2 lần theo 2 hướng khác nhau, mỗi lần quay hai hướng nằm trong khoảng từ 45° đến 90°.
Chú ý những điểm sau khi mài và đánh bóng kim cương
– Việc đánh bóng này phải được thực hiện dưới áp lực nhẹ nhất có thể, đặc biệt là khi đánh bóng bằng các bộ phận bằng thép đã tôi cứng trước và đánh bóng bằng bột mài mịn.
– Khi đánh bóng bằng bột kim cương dạng sệt #8000, tải trọng phổ biến là 100 đến 200 g/cm2, nhưng rất khó để duy trì độ chính xác của tải trọng này. Để kiểm soát dễ dàng hơn, có thể sử dụng một dụng cụ mài với tay cầm nhỏ và mảnh hơn, điều này đảm bảo được áp lực khi mài sẽ không quá cao.
– Khi mài và đánh bóng kim cương, không chỉ bề mặt làm việc cần được làm sạch mà bàn tay của người thợ cũng phải được làm sạch cẩn thận.
– Mỗi lần đánh bóng không được quá dài, thời gian càng ngắn thì hiệu quả càng tốt, nếu quá trình đánh bóng diễn ra quá lâu sẽ xảy ra hiện tượng “sần vỏ cam” và “rỗ”.
– Khi quá trình đánh bóng dừng lại, điều quan trọng là phải đảm bảo bề mặt của khuôn sạch sẽ và phải cẩn thận loại bỏ các chất mài mòn và chất bôi trơn, tốt hơn nữa thì sơn một lớp sơn chống gỉ trên bề mặt.
Chú ý những điểm sau khi đánh bóng khuôn nhựa
– Việc đánh bóng trong gia công khuôn nhựa rất khác so với việc đánh bóng trong các ngành công nghiệp khác. Nói một cách chính xác, việc đánh bóng khuôn nhựa phải đạt đến độ hoàn thiện ở mức độ gương. Nó không chỉ có yêu cầu cao về đánh bóng mà còn có các tiêu chuẩn cao về độ phẳng bề mặt, độ mịn và độ chính xác hình học.
– Đánh bóng bề mặt thường chỉ yêu cầu bề mặt sáng bóng. Tiêu chuẩn đánh bóng gương được chia thành bốn cấp độ:
- A0=Ra0.008μm
- A1=Ra0.016μm
- A2=Ra0.032μm
- A3=Ra0.063μm
– Do các phương pháp đánh bóng điện phân, đánh bóng dòng chất lỏng khó kiểm soát độ chính xác hình học, còn các phương pháp như đánh bóng hóa học, đánh bóng siêu âm, đánh bóng từ tính không đáp ứng được yêu cầu về chất lượng bề mặt. Do đó, việc đánh bóng gương các bề mặt khuôn nhựa vẫn chủ yếu dựa vào đánh bóng cơ học.
Ảnh hưởng của các độ cứng khác nhau đến quá trình đánh bóng
Độ cứng càng cao càng khó mài, nhưng độ nhám lại giảm khi đánh bóng.
Khi độ cứng tăng lên, thời gian đánh bóng cần thiết để đạt được độ nhám thấp hơn cũng tăng theo.
Đồng thời, độ cứng tăng lên thì khả năng đánh bóng quá mức cũng giảm tương ứng.
Ảnh hưởng của tình trạng bề mặt phôi đến quá trình đánh bóng
Trong quá trình phay, lớp bề mặt sẽ bị phá hủy do nhiệt, ứng suất bên trong hoặc các yếu tố khác. Các thông số cắt không phù hợp sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả đánh bóng.
Bề mặt sau gia công EDM khó đánh bóng hơn bề mặt sau gia công cắt gọt hoặc xử lý nhiệt thông thường.
Một số vấn đề khi đánh bóng khuôn nhựa và cách xử lý
Đánh bóng quá mức
Đánh bóng quá mức là vấn đề thường gặp phải nhất, triệu chứng của quá trình đánh bóng quá mức có thể khiến khuôn nhựa sần sùi như vỏ cam và rỗ, làm giảm chất lượng bề mặt khuôn.
Đánh bóng quá mức hầu hết xảy ra trong đánh bóng cơ học, khi thời gian đánh bóng quá lâu hoặc đánh bóng quá nhiều khiến vượt qua mức giới hạn, mà lẽ ra phải dừng lại trước đó.
Nguyên nhân xuất hiện hiện tượng “sần vỏ cam” trên bề mặt khuôn
Lý do chính xảy ra hiện tượng này là do bề mặt khuôn quá nóng hoặc do thấm quá nhiều cacbon (giải thích vì sao đánh bóng bằng kim cương quá lâu sẽ khiến bề mặt khuôn bị sần vỏ cam). Điều này thường xảy ra do áp lực đánh bóng cao và thời gian đánh bóng quá lâu.
Như đã nói ở phần trước, các loại thép cứng hơn có thể chịu được áp suất đánh bóng cao hơn, thép mềm hơn sẽ dễ bị đánh bóng quá mức hơn.
Biện pháp loại bỏ hiện tượng “sần vỏ cam” trên khuôn
Khi bắt đầu nhận thấy bề mặt khuôn xuất hiện rõ, nhiều người có xu hướng tăng áp lực đánh bóng hoặc kéo dài thời gian đánh bóng, điều này chỉ khiến tình trạng này bị xấu hơn.
Do đó có thể sử dụng các phương pháp dưới đây để khắc phục tình trạng này:
(1) Để làm sạch bề mặt bị lỗi, bạn nên sử dụng cỡ hạt mài lớn hơn một chút so với kích thước hạt trước đó. Sau đó, thực hiện quá trình mài với lực nhẹ và đều tay hơn.
(2) Giảm độ căng ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ tôi thép 25°C, sau đó mài với hạt mài mịn nhất trước khi đánh bóng đến khi đạt kết hiệu quả ưng ý, sau cùng đánh bóng bằng lực nhẹ hơn.
Nguyên nhân hình thành rỗ trên bề mặt phôi
Lý do chính là do một số tạp chất kim loại có trong thép (thường là những oxít cứng và giòn, có kết cấu không đồng nhất) bị kéo ra khỏi bề mặt thép trong quá trình đánh bóng, từ đó tạo ra các vết rỗ. Những yếu tố chính gây ra hiện tượng rỗ bề mặt khuôn gồm:
– Áp suất đánh bóng quá lớn và thời gian đánh bóng quá lâu.
– Phôi không đủ tinh khiết, hàm lượng tạp chất trong phôi cao.
– Bề mặt khuôn bị rỉ sét.
– Các phần cháy không bị loại bỏ.
Biện pháp để loại bỏ hiện tượng rỗ bề mặt
Có thể tránh hoặc xử lý hiện tượng này bằng những cách sau đây:
(1) Cẩn thận mài lại bề mặt. Kích thước hạt mài cần lớn hơn một chút so với kích thước hạt được sử dụng trước đó, bước mài cuối cùng trước khi thực hiện đánh bóng nên được sử dụng bằng đá mài dầu mềm và sắc nét. Sau khi thực hiện xong, tiến hành đánh bóng lại.
(2) Tránh dùng những vật dụng đánh bóng mềm khi kích thước sạn nhỏ hơn 1mm.
(3) Sử dụng lực đánh bóng tối thiểu và thời gian trên một lần đánh bóng ngắn nhất.
Trên bề mặt khuôn sau khi đánh bóng gương vẫn còn nhiều vết xước li ti
Một vấn đề khác cũng dễ xảy ra là sau khi thực hiện quá trình đánh bóng khuôn cuối cùng mà trên bề mặt vẫn còn những vết xước li ti. Có thể khi nhìn trực diện sẽ khó nhìn thấy vết xước này, nhưng khi nhìn chếch với ánh sáng thích hợp sẽ thấy chi chít những vết xước cực kỳ nhỏ này.
Nguyên nhân chủ yếu gây ra vấn đề này là do quá trình đánh bóng cuối chưa đến kích thước hạt như mong đợt, bột đánh bóng kém chất lượng chứa hàm lượng tạp chất cao, môi trường làm việc không đảm bảo độ sạch.
Để khắc phục hiện tượng này, dưới đây là những cách xử lý:
(1) Sử dụng bột kim cương chất lượng cao đến từ các thương hiệu nổi tiếng.
(2) Sử dụng hạt kích thước nhỏ hơn để làm mất các vết xước li ti. Có thể xuống đến 1μm hoặc 0.5μm.
(3) Thực hiện khâu đánh bóng gương trong phòng sạch.
Đối với khuôn mẫu, độ chính xác thực sự quan trọng, đặc biệt với những sản phẩm yêu cầu chất lượng bề mặt và kích thước ở mức độ chính xác cao. Chính vì vậy, rất cần những thiết bị đo có độ chính xác cao như máy đo quét laser 3D FARO để đảm bảo chất lượng của khuôn mẫu.
