Câu chuyện khách hàng | Công nghệ đúc áp lực tích hợp: Giải pháp đảm bảo chất lượng thân xe ô tô năng lượng mới

 

Đơn vị cung cấp giải pháp chất lượng ROAD AHEAD là đại lý ủy quyền dòng sản phẩm đo lường công nghiệp của ZEISS. RATC chuyên về máy CT công nghiệp ZEISS, máy quét 3D, thiết bị kiểm tra X-RAY và máy đo tọa độ 3D CMM. Công ty cung cấp các phụ kiện như bột titan dùng trong đo lường, điểm dán định vị (điểm chuẩn), đầu dò ZEISS, đầu dò hút chân không cùng dịch vụ hậu mãi cho các thiết bị đo lường ZEISS.

Xe năng lượng mới (NEV) đang định nghĩa lại cấu trúc thân xe.Các bộ pin kích thước lớn đòi hỏi phải được tích hợp đồng bộ với kết cấu thân xe; các yêu cầu về an toàn, khí động học và thiết kế ngoại hình ngày càng cao. Bên cạnh đó, tính mô-đun hóa và sự đa dạng về mẫu xe cũng khiến hình học thân xe và mối quan hệ lắp ráp trở nên phức tạp hơn. Vì vậy, việc kiểm soát chất lượng thân xe không còn chỉ dừng lại ở xác nhận kích thước sau khi hoàn tất lắp ráp, mà cần được triển khai xuyên suốt toàn bộ quy trình, từ thiết kế, chế tạo đồ gá, dập và đúc, thân xe thô (Body-in-White), sơn phủ cho đến lắp ráp cuối cùng. Ngành công nghiệp đang chuyển từ phương thức kiểm tra thụ động sau khi sự cố xảy ra sang kiểm soát quy trình chủ động dựa trên dữ liệu chính xác về hình học. Đồng thời, thông qua lắp ráp kỹ thuật số, gá lắp ảo và bản sao số hình học (Geometric Digital Twin), doanh nghiệp có thể nhận diện sớm hơn các rủi ro liên quan đến kích thước, độ khớp lắp và chất lượng bề mặt.

Trong quá trình chuyển đổi này, các chi tiết kết cấu đúc áp lực tích hợp kích thước lớn đang trở thành mắt xích quan trọng kết nối đổi mới vật liệu, thiết kế nhẹ hóa và sản xuất thân xe. Việc tích hợp nhiều bộ phận thành một chi tiết duy nhất mang lại lợi thế về chu kỳ sản xuất và số lượng công đoạn, nhưng đồng thời cũng làm gia tăng mức độ ảnh hưởng của hiện tượng cong vênh, sai lệch kích thước và khuyết tật bên trong đến quá trình lắp ráp tiếp theo. Công ty Handtmann của Đức đã sử dụng kết hợp các phương pháp kiểm tra quang học, tiếp xúc và tia X để xác minh đồng bộ chất lượng bên trong, kích thước hình dạng toàn diện và các kích thước chức năng quan trọng của những chi tiết đúc cỡ lớn. Câu chuyện thành công mang đẳng cấp "nhà vô địch" này cũng cho thấy giải pháp kiểm soát chất lượng thân xe của ZEISS có thể bắt đầu từ một chi tiết kết cấu đơn lẻ, sau đó mở rộng dữ liệu đo lường đáng tin cậy đến toàn bộ quy trình sản xuất và kiểm soát chất lượng lắp ráp thân xe.

Vài năm trước, doanh nghiệp gia đình Handtmann của Đức đã đầu tư nguồn vốn lớn để xây dựng nhà máy đúc áp lực tích hợp, đón đầu xu hướng phát triển tương lai của ngành sản xuất kim loại. Quyết định này đã mang lại hiệu quả rõ rệt: nhiều nhà sản xuất ô tô trên toàn thế giới đã tìm đến Handtmann tại Đức để đặt hàng sản xuất các chi tiết đúc kích thước lớn. Đồng thời, những đổi mới tiên tiến trong lĩnh vực đúc cũng được mở rộng sang khâu đo lường, kiểm tra và kiểm soát chất lượng. Công nghệ đúc áp lực tích hợp đã mang đến những thách thức hoàn toàn mới cho lĩnh vực này. Để giải quyết các vấn đề liên quan, Handtmann đã ứng dụng các giải pháp kiểm tra quang học, đo tiếp xúc và tia X.

Handtmann đã có hơn 100 năm phát triển tại Biberach, Đức. Khắp khuôn viên nhà máy đều thể hiện bề dày kinh nghiệm sản xuất chuyên môn hóa cao được kế thừa qua nhiều thế hệ. Doanh nghiệp khởi nguồn từ một xưởng đúc kim loại nhỏ vào năm 1873, đến nay đã phát triển thành một tập đoàn công nghệ hoạt động trên phạm vi toàn cầu, thuộc sở hữu gia đình và được điều hành bởi thế hệ thứ năm. Đúc kim loại nhẹ là một trong những lĩnh vực kinh doanh cốt lõi của công ty. Ban đầu, Handtmann nổi tiếng với các sản phẩm đúc áp lực hợp kim nhôm truyền thống như đáy các-te động cơ và vỏ hộp số. Trải qua nhiều thập kỷ phát triển, doanh nghiệp đã vươn lên trở thành nhà cung cấp hàng đầu các cụm chi tiết kết cấu phức tạp. Hiện nay, nhà máy đúc Handtmann đang đi đầu trong ngành, là nhà sản xuất đúc đầu tiên tại châu Âu được trang bị hệ thống đúc áp lực tích hợp riêng, có khả năng tạo hình các chi tiết hợp kim nhôm kích thước lớn, có mức độ tích hợp cao chỉ trong một lần đúc.

Công nghệ đúc áp lực tích hợp không cần phải đúc riêng lẻ, gia công nhiều chi tiết nhỏ rồi tiến hành lắp ráp qua nhiều công đoạn. Thay vào đó, chỉ với một công đoạn duy nhất, doanh nghiệp có thể tạo thành các cụm chi tiết kết cấu phức tạp, mang lại nhiều lợi thế đáng kể. Thứ nhất, công nghệ đúc áp lực tích hợp giúp rút ngắn đáng kể chu kỳ sản xuất. Trước đây, quy trình sản xuất đồng thời nhiều bộ phận, lưu kho tạm thời, chuẩn bị vật liệu và hàn lắp ráp khá phức tạp. Hiện nay, các mô-đun hoàn chỉnh ở phần đầu và phần đuôi xe chỉ cần khoảng 100 giây để tạo hình. Thứ hai, công nghệ này loại bỏ các điểm hàn ghép nối, kết cấu gia cường và phần vật liệu chồng lấn, qua đó giúp giảm đáng kể trọng lượng sản phẩm. Trọng lượng xe thấp hơn giúp cải thiện hiệu quả vận hành và quãng đường di chuyển của xe năng lượng mới, tạo nên lợi thế cạnh tranh rõ rệt trên thị trường. Thứ ba, một chi tiết tích hợp duy nhất có thể thay thế hàng trăm bộ đồ gá và công đoạn gia công, giúp doanh nghiệp giảm đáng kể chi phí sản xuất.

Tuy nhiên, công nghệ đúc áp lực tích hợp cũng đặt ra những thách thức hoàn toàn mới đối với quy trình sản xuất và kiểm soát chất lượng. Các chi tiết kích thước lớn, có mức độ tích hợp cao thường nhạy cảm hơn với những biến động trong quá trình sản xuất. Sự phân bố nhiệt độ, trạng thái điền đầy lòng khuôn và tốc độ đông đặc kim loại trong quá trình đúc đều có ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng thành phẩm. Đối với các chi tiết nhỏ, một số sai lệch trong quá trình sản xuất có thể được bù trừ ở mức độ nhất định. Tuy nhiên, các chi tiết đúc kích thước lớn rất dễ xuất hiện hiện tượng cong vênh, bề mặt không bằng phẳng và sai lệch kích thước. Những chi tiết này thường có kích thước rất lớn nhưng thành mỏng, do đó đặc biệt dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, quy trình làm nguội và ứng suất vật liệu cục bộ.

Ngoài ra, các khuyết tật đúc thông thường như rỗ khí, co ngót, rỗ cát và vết nứt sẽ gây ra hậu quả nghiêm trọng hơn đối với các chi tiết đúc áp lực tích hợp. Chỉ một khuyết tật cục bộ cũng có thể khiến toàn bộ chi tiết kết cấu phải loại bỏ. Vì vậy, doanh nghiệp cần công nghệ có khả năng kiểm tra toàn bộ thể tích bên trong chi tiết, thay vì chỉ lấy mẫu đo tại một số vị trí cục bộ. Một thách thức khác thường bị bỏ qua là quá trình vận chuyển và thao tác với chi tiết. Những chi tiết kích thước lớn lên đến vài mét không thể được gắp, lật hoặc đo lường tùy ý như các chi tiết đúc nhỏ. Việc vận chuyển, lưu trữ không đúng cách hoặc biến dạng trong quá trình di chuyển đều có thể trực tiếp gây ra sai lệch trong kết quả đo kích thước.

Khi các chi tiết đạt kích thước hàng mét, đồng thời có kết cấu phức tạp và độ chính xác cao, các công nghệ sản xuất, phương pháp kiểm tra và thiết bị truyền thống đều đã chạm đến giới hạn về hiệu suất. Vì vậy, Handtmann liên tục nghiên cứu và ứng dụng các công nghệ tiên tiến. Ông Sandro Langer, người phụ trách kiểm soát chất lượng, chia sẻ: "Ngành đúc áp lực tích hợp cần những thiết bị có quy mô lớn hơn, quy trình công nghệ hoàn toàn mới và hệ thống kiểm soát chất lượng có khả năng phản hồi kết quả nhanh chóng, trực quan. Đồng thời, chúng tôi cho rằng việc kết nối dữ liệu giữa các thiết bị và tiêu chuẩn hóa quy trình kiểm tra trong toàn bộ nhà máy cũng vô cùng quan trọng." Tại phòng đo lường chuyên dụng được thiết kế phù hợp với kích thước siêu lớn của các chi tiết đúc, doanh nghiệp đã triển khai toàn diện các giải pháp kiểm tra tiên tiến.

Hệ thống kiểm tra tia X hai chiều ZEISS OMNIA GC có khả năng thực hiện kiểm tra khuyết tật bằng tia X không phá hủy trên toàn bộ các chi tiết kết cấu đúc kích thước lớn. Hệ thống có thể phát hiện chính xác rỗ khí, co ngót và các khuyết tật bên trong trên toàn bộ chi tiết, từ đó xác định trước liệu sản phẩm có đủ điều kiện để chuyển sang công đoạn gia công tiếp theo hay không. Hệ thống kiểm tra 3D tự động ZEISS ScanBox thu thập dữ liệu toàn bộ bề mặt chi tiết bằng phương pháp quang học, sau đó so sánh mô hình CAD lý thuyết với tọa độ 3D thực tế để trực quan hóa mức độ sai lệch bề mặt, nhanh chóng xác định các vấn đề cong vênh và sai số kích thước. Khi kết hợp với hệ thống kiểm tra tự động bằng robot, thiết bị có thể tạo ra kết quả kiểm tra ổn định và có tính lặp lại cao trong thời gian ngắn, đáp ứng nhu cầu phản hồi nhanh và khép kín quy trình sản xuất. Máy đo tọa độ 3D ZEISS PRISMO có thể thực hiện kiểm tra tiếp xúc với độ chính xác cao đối với các chi tiết đúc áp lực tích hợp kích thước lớn được đặt cố định. Thiết bị giúp kiểm tra chính xác các kích thước chức năng quan trọng và dung sai gia công, đáp ứng các yêu cầu khắt khe về chứng nhận của nhà sản xuất ô tô cũng như các công đoạn gia công cơ khí tiếp theo.

Trong lĩnh vực đúc áp lực tích hợp, xét cả về chất lượng lẫn yêu cầu kỹ thuật, chúng tôi đều đang ở đẳng cấp giải đấu vô địch. Chính vì vậy, chúng tôi cần ZEISS trở thành đối tác đồng hành.

Ngoài ra, phần lớn các nhà sản xuất ô tô hoàn chỉnh cũng lựa chọn thiết bị ZEISS để thực hiện kiểm tra. Đây là yếu tố vô cùng quan trọng. Những lợi thế mang lại bao gồm: quá trình phối hợp kiểm tra thuận lợi hơn, kết quả kiểm tra có tính so sánh cao hơn và quy trình chứng nhận sản phẩm được rút ngắn. Ông Sandro Langer chia sẻ:"Khách hàng sử dụng thiết bị ZEISS để kiểm tra, chúng tôi cũng sử dụng thiết bị ZEISS để kiểm tra. Vì vậy, kết quả giữa hai bên sẽ không phát sinh sự khác biệt hay tranh cãi."

Đồng thời, Handtmann luôn tìm kiếm một đối tác có khả năng đảm bảo tính ổn định cho các khoản đầu tư dài hạn và hỗ trợ doanh nghiệp phát triển, nâng cấp công nghệ trong tương lai. Ông Jens Hansmeier, Giám đốc nhà máy, cho rằng đối tác trong lĩnh vực kiểm soát chất lượng phải là doanh nghiệp có khả năng tiếp tục dẫn đầu các tiêu chuẩn ngành trong vòng 5–10 năm tới. Bên cạnh đó, danh mục giải pháp sản phẩm toàn diện cùng dịch vụ kỹ thuật hiệu quả cũng là những yếu tố giúp gia tăng giá trị hợp tác. Ông Sandro Langer kết luận: "Trong lĩnh vực đúc áp lực tích hợp, xét cả về chất lượng lẫn yêu cầu kỹ thuật, chúng tôi đều đang ở đẳng cấp giải đấu vô địch. Chính vì vậy, chúng tôi cần ZEISS trở thành đối tác đồng hành."

 

Đơn vị cung cấp giải pháp chất lượng công nghiệp Road Ahead – Công ty TNHH Tư Vấn Kỹ Thuật Road Ahead Việt Nam đã có hơn 30 năm hoạt động chuyên sâu trong lĩnh vực đo lường chính xác và sản xuất thông minh, đồng thời thiết lập quan hệ hợp tác đại lý ủy quyền chính thức với nhiều thương hiệu công nghiệp quốc tế. Với mạng lưới dịch vụ công nghệ 3D toàn cầu bao phủ Trung Quốc đại lục, Đài Loan và Việt Nam, công ty hướng đến việc tích hợp các thiết bị công nghiệp tiên tiến và hệ sinh thái phần mềm kỹ thuật số trên toàn thế giới, nhằm cung cấp cho khách hàng thuộc nhiều ngành nghề các giải pháp đảm bảo chất lượng công nghiệp toàn diện và giải pháp sản xuất thông minh khép kín trong toàn bộ quy trình.