Giới thiệu
Trong ngành sản xuất, khuôn mẫu chiếm một “yếu tố đầu tư ban đầu lớn”. Đặc biệt trong các môi trường đòi hỏi sản xuất đa dạng chủng loại với số lượng ít và thời gian giao hàng ngắn, chi phí của chúng ảnh hưởng đáng kể đến giá thành sản phẩm và tỷ suất lợi nhuận. Trong những năm gần đây, “khuôn nhôm” đang ngày càng được chú ý vì những ưu điểm so với khuôn thép truyền thống, chẳng hạn như thời gian sản xuất ngắn hơn, dễ gia công và trọng lượng nhẹ hơn. Bài viết này sẽ giải thích cụ thể tiềm năng giảm chi phí đối với khuôn nhôm bằng cách chia thành ba giai đoạn—”thiết kế”, “sản xuất” và “vận hành”—đồng thời kết hợp các câu chuyện thành công và thất bại.
Phân tích cấu trúc chi phí của khuôn nhôm
Chi phí ban đầu so với Chi phí vòng đời
Khi đánh giá chi phí khuôn, “chi phí sản xuất ban đầu” thường là điều đầu tiên được nghĩ đến. Nói chung, chi phí khuôn bao gồm chi phí vật liệu, chi phí gia công, chi phí thiết kế và chi phí tạo mẫu. Trong một số trường hợp, khuôn nhôm có thể rẻ hơn 20-40% ở những khía cạnh này so với thép. Tuy nhiên, chỉ đánh giá dựa trên giá cả là rất rủi ro.
Xưởng sản xuất đầy rẫy những “chi phí ẩn”. Ví dụ, chi phí sửa chữa do nứt hoặc mòn khuôn, tổn thất do ngừng hoạt động đột xuất và tần suất bảo trì có thể tích tụ lại, khiến tổng chi phí dao động đáng kể.
Đây là lúc quan điểm về “chi phí mỗi lần ép” trở nên quan trọng. Con số này được tính toán dựa trên số lần ép có thể sản xuất bằng một khuôn duy nhất—sản lượng trọn đời của nó—và nó hình dung hóa hiệu suất chi phí thực sự. Ví dụ, một khuôn giá 1.000.000 Yên có thể xử lý 10.000 lần ép có chi phí là “10 Yên/lần ép”. Nếu khuôn cùng giá chỉ bền được 5.000 lần ép, chi phí sẽ tăng gấp đôi lên “20 Yên/lần ép”, có nghĩa là sự khác biệt về tuổi thọ ảnh hưởng trực tiếp đến đơn giá.
So sánh cấu trúc chi phí: Khuôn thép và Khuôn nhôm
| Hạng mục so sánh | Khuôn thép | Khuôn nhôm |
| Chi phí vật liệu | Cao | Trung bình đến thấp |
| Khả năng gia công | Thấp (Độ cứng cao) | Cao (Dễ gia công) |
| Thời gian sản xuất | Dài (2-3 tuần trở lên) | Ngắn (Nhanh nhất là 5-7 ngày làm việc) |
| Tuổi thọ | Trên 100.000-200.000 lần ép | Vài nghìn đến 20.000 lần ép |
| Trọng lượng | Nặng (Hạn chế xử lý) | Nhẹ (Giảm khối lượng công việc) |
| Ví dụ ứng dụng | Sản xuất hàng loạt, các bộ phận bền | Nguyên mẫu, lô nhỏ, sản phẩm cần giao hàng nhanh |
Khuôn thép vượt trội về độ bền nhưng đắt tiền và có thời gian sản xuất dài. Mặt khác, khuôn nhôm được đặc trưng bởi tính dễ gia công và trọng lượng nhẹ, làm cho chúng phù hợp cho việc tạo mẫu, sản xuất lô nhỏ và các tình huống đòi hỏi quay vòng nhanh. Lợi ích của việc tối ưu hóa chi phí với khuôn nhôm đặc biệt nổi bật đối với các nhóm sản phẩm có vòng đời ngắn, chẳng hạn như thiết bị gia dụng, các bộ phận nội thất ô tô và thiết bị y tế.
Vùng chi phí tối ưu thay đổi tùy thuộc vào quy mô lô sản phẩm, thời gian sử dụng và độ phức tạp của hình dạng. Theo hướng dẫn, các sản phẩm yêu cầu khoảng 1.000 đến 10.000 lần ép được coi là có hiệu quả chi phí cao, và việc phân tích lợi ích-chi phí kỹ lưỡng trước khi sản xuất là điều cần thiết.
Các chiến lược giảm chi phí trong giai đoạn thiết kế
1. Giảm số lượng bộ phận thông qua thiết kế tích hợp
Bước đầu tiên để giảm chi phí ở giai đoạn thiết kế là “đơn giản hóa cấu trúc”. Bằng cách tích hợp một cấu trúc mà theo truyền thống được lắp ráp bằng cách hàn hoặc bắt vít nhiều bộ phận thành một khối duy nhất bằng khuôn đúc nhôm, công việc lắp ráp có thể được loại bỏ hoàn toàn.
Ví dụ, có những trường hợp thay đổi một đơn vị bao gồm ba bộ phận được gia công thành một sản phẩm đúc nhôm tích hợp duy nhất đã giúp giảm 80% giờ công lắp ráp, tỷ lệ lỗi hàn bằng không và giảm khoảng 30% chi phí lao động.
Tất nhiên, thay đổi thiết kế đi kèm với chi phí, nhưng quan điểm “ROI (Lợi tức đầu tư)” là rất quan trọng để đánh giá định lượng khoản đầu tư ban đầu của việc thay đổi thiết kế so với tác động lâu dài của nó đối với sản xuất, chất lượng và giờ công. Không có gì lạ khi một thay đổi thiết kế duy nhất, ngay cả khi nó làm tăng thêm 200.000 Yên vào chi phí khuôn, lại có thể tiết kiệm hàng năm hơn 1.000.000 Yên về giờ công và giảm thiểu lỗi.
2. Xem xét lại thông số kỹ thuật sản phẩm bằng cách thay đổi phương pháp sản xuất
Tiếp theo là xem xét lại chính phương pháp sản xuất. Bằng cách có sự linh hoạt ở giai đoạn thiết kế để “không bám víu vào các phương pháp thông thường”, có thể giảm đáng kể chi phí.
Cụ thể, những thay đổi sau đây có hiệu quả:
| Phương pháp thông thường | Phương pháp mới | Hiệu quả |
| Gia công cơ khí | Đúc áp lực | Cải thiện năng suất vật liệu, giảm 80% thời gian xử lý |
| Đúc (Khuôn cát) | Đúc áp lực | Cải thiện độ chính xác và bề mặt hoàn thiện, không cần gia công thứ cấp |
| Đúc mẫu chảy | Đúc áp lực | Giảm chi phí khuôn, rút ngắn thời gian sản xuất |
Tuy nhiên, có những điểm cần thận trọng. Ví dụ, đúc áp lực có chi phí khuôn ban đầu cao và có những hạn chế về bề mặt đúc và độ chính xác kích thước, làm cho nó không phù hợp với các lô nhỏ hoặc các sản phẩm có độ chính xác cao. Cần phải so sánh hiệu quả chi phí của “sản lượng trọn đời × đơn giá” cho mỗi sản phẩm và đưa ra quyết định bằng cách lập biểu đồ phương pháp sản xuất tối ưu.
3. Tối ưu hóa cấu trúc khuôn: Cơ cấu trượt và góc thoát khuôn
Khi đúc các hình dạng phức tạp, việc thêm cơ cấu trượt vào khuôn cho phép thiết kế “không cần gia công thứ cấp”. Ví dụ, bằng cách tạo các lỗ hoặc hình dạng lõm trong một lần ép duy nhất với khuôn, bạn có thể giảm chi phí gia công bổ sung và rút ngắn thời gian gia công.
Việc giới thiệu một thanh trượt ban đầu có giá từ vài chục nghìn đến hàng trăm nghìn yên, nhưng trong trường hợp có thể mong đợi hiệu quả sản xuất hàng loạt, nó có thể dẫn đến giảm tổng chi phí từ 10% trở lên. Ngoài ra, bằng cách tối ưu hóa góc thoát khuôn (ví dụ: từ 1° đến 2°), bạn có thể cải thiện khả năng đúc, ngăn chặn sự mài mòn của khuôn và kéo dài tuổi thọ của khuôn.
Bằng cách xem xét đồng thời cả “dễ gia công” và “tác động đến tuổi thọ” ở giai đoạn thiết kế, hiệu suất chi phí tổng thể có thể được cải thiện đáng kể.
Sự khác biệt nằm ở quy trình sản xuất! Tạo ra những chiếc khuôn hiệu quả về chi phí
1. Hiệu quả chi phí của việc mua sắm ở nước ngoài so với sản xuất trong nước
“Sản xuất ở nước ngoài” cũng đã thu hút sự chú ý trong những năm gần đây như một phương tiện để kìm hãm chi phí khuôn. Trong số đó, sản xuất khuôn tại một cơ sở ở Việt Nam mang lại những lợi thế sau:
- Chi phí lao động thấp hơn 1/3 so với Nhật Bản: Tổng chi phí có thể giảm khoảng 30-50% cho cùng một nội dung gia công.
- Mua sắm vật liệu tại địa phương: Nén thêm chi phí vật liệu bằng cách mua hợp kim nhôm và các bộ phận tiêu chuẩn tại địa phương.
- Hệ thống cảng và logistics phát triển: Thời gian giao hàng khoảng 10-14 ngày là có thể đạt được ngay cả bằng đường biển (vận chuyển hàng không có sẵn cho các trường hợp khẩn cấp).
Mặt khác, một mối lo ngại là rủi ro trong chuỗi cung ứng. Điều này bao gồm sự khác biệt về ngôn ngữ, văn hóa và tiêu chuẩn chất lượng, những thay đổi chính trị đột ngột và sự chậm trễ trong thủ tục hải quan. Tuy nhiên, bằng cách hợp tác với một đối tác địa phương đáng tin cậy và thiết lập một hệ thống kiểm tra đa giai đoạn (kiểm tra tại địa phương → kiểm tra lại trong nước → phê duyệt cuối cùng), những rủi ro này có thể được giảm thiểu đáng kể trong thực tế.
Đặc biệt, một hệ thống như Daiwa Aluminum Việt Nam, nơi ban quản lý Nhật Bản hợp tác với các công nhân lành nghề địa phương, giúp có thể đạt được cả chất lượng và chi phí.
2. Giảm chi phí sau xử lý bằng gia công chính xác cao
Độ chính xác sản xuất của một khuôn ảnh hưởng trực tiếp đến “chi phí gia công”, “tỷ lệ lỗi” và “năng suất” của các sản phẩm mà nó tạo ra. Đặc biệt khi độ chính xác kích thước của sản phẩm nghiêm ngặt, độ chính xác của khuôn có thể là yếu tố quyết định.
Tại Daiwa, chúng tôi sử dụng các trung tâm gia công 5 trục và máy phóng điện CNC để đạt được “hình dạng đúng với bản vẽ” với độ chính xác gia công là ±0,01mm. Điều này loại bỏ nhu cầu gia công thứ cấp, dẫn đến:
- Giảm 50% thời gian cắt
- Giảm đáng kể tỷ lệ lỗi do kích thước ngoài dung sai
- Đơn giản hóa các quy trình hoàn thiện (giảm giờ công cho việc đánh bóng và vát mép)
Trên thực tế, đối với một bộ phận thiết bị y tế nhất định, sự thay đổi kích thước của một khuôn do Trung Quốc sản xuất thông thường là ±0,2mm. Bằng cách chuyển sang khuôn do Việt Nam sản xuất, sự thay đổi được giữ trong khoảng ±0,03mm và tỷ lệ lỗi đã cải thiện từ 12% xuống dưới 1%.
3. Kéo dài tuổi thọ bằng sự kết hợp của xử lý bề mặt và xử lý nhiệt
Vì khuôn được sử dụng cho hàng chục nghìn đến hàng trăm nghìn lần ép, các biện pháp chống “mài mòn”, “nứt do nhiệt” và “ăn mòn” là cực kỳ quan trọng. Sự kết hợp tối ưu giữa xử lý bề mặt và xử lý nhiệt giải quyết vấn đề này.
Các phương pháp xử lý chính và hiệu quả của chúng như sau:
| Phương pháp xử lý | Hiệu quả chính | Ví dụ ứng dụng |
| Thấm nitơ (Khí/Ion) | Tăng độ cứng bề mặt, chống mài mòn | Khuôn sản xuất lô lớn, đúc áp lực cao |
| Lớp phủ TiN/CrN | Đặc tính tháo khuôn, chịu nhiệt | Hình dạng phức tạp, vật liệu chịu nhiệt độ cao |
| Tôi chân không | Giảm ứng suất, chống nứt | Khuôn cho các bộ phận chính xác, khuôn có độ bền cao |
Hơn nữa, trong những năm gần đây, “mô phỏng tuổi thọ” kết hợp AI dự đoán mài mòn với các thử nghiệm thực tế đã xuất hiện, góp phần vào việc tối ưu hóa thời gian thay thế khuôn. Điều này cho phép bảo trì theo kế hoạch trước khi hỏng hóc trong khi tránh việc thay thế sớm lãng phí.
Việc đạt được cả “độ chính xác cao + tuổi thọ dài” trong quy trình sản xuất là chìa khóa trực tiếp dẫn đến việc giảm chi phí vận hành.
Tác động của vận hành và bảo trì đến lợi nhuận của khuôn
1. Mối quan hệ giữa tần suất bảo trì và chi phí
Sự hiện diện hay vắng mặt của việc bảo trì thường xuyên là điều không thể bỏ qua trong giai đoạn vận hành của một khuôn. Thoạt nhìn, có vẻ rẻ hơn khi vận hành một khuôn mà không cần bảo trì miễn là nó còn sử dụng được, nhưng khi việc sản xuất ngừng lại do sự cố đột ngột, chi phí sửa chữa khuôn và các chi phí thay thế chồng chất lên nhau, nó sẽ dẫn đến những tổn thất không lường trước được.
Theo một cuộc khảo sát, tổn thất cho mỗi lần sửa chữa đột ngột trung bình cao gấp 5 đến 8 lần so với bảo trì thường xuyên (từ khảo sát JIS B 0405). Khuôn nhôm, đặc biệt, yếu trước sự giãn nở nhiệt, tập trung ứng suất và mài mòn lặp đi lặp lại, vì vậy việc kiểm tra định kỳ, bôi trơn và đo lại kích thước là rất quan trọng.
Trong những năm gần đây, ngày càng có nhiều công ty ghi lại và quản lý lịch sử sử dụng khuôn của họ bằng kỹ thuật số. Bằng cách tạo một cơ sở dữ liệu về số lần ép, các bộ phận đã thay thế, vị trí mài mòn và lịch sử bất thường, có thể:
- Dự đoán thời gian bảo trì tối ưu
- Hình dung hóa và tiêu chuẩn hóa các xu hướng tuổi thọ
- Đánh giá lợi nhuận của mỗi khuôn
Điều này cho phép cải tiến hoạt động và tăng hiệu quả bảo trì.
2. Sửa chữa và tái chế: Những đổi mới để tránh văn hóa vứt bỏ
Khuôn là “vật tư tiêu hao”, nhưng chúng không nhất thiết phải bị vứt đi. Khi xảy ra mài mòn hoặc hư hỏng cục bộ, có thể kéo dài tuổi thọ của chúng trong khi kìm hãm chi phí bằng cách thực hiện sửa chữa một phần, thay thế bộ phận và phủ lại.
Sau đây là các tùy chọn sửa chữa điển hình và so sánh chi phí:
| Phương pháp | Đặc điểm | Chi phí tham khảo | Hiệu quả |
| Sửa chữa một phần (Chốt, lõi, thanh trượt) | Chỉ làm mới một khu vực nhỏ | 20-40% so với mới | Kéo dài tuổi thọ thêm 10.000-20.000 lần ép |
| Xử lý lại bề mặt (Thấm nitơ/PVD) | Giảm mài mòn | 10-30% so với mới | Duy trì 80% hiệu suất ban đầu |
| Sản xuất lại hoàn toàn | Làm mới toàn bộ | 100% | Có thể vận hành lâu dài (đắt tiền) |
Ví dụ, một nhà sản xuất thiết bị công nghiệp đã báo cáo một trường hợp họ kéo dài chu kỳ thay thế cho mỗi khuôn khoảng 1,5 lần thông qua các biện pháp sửa chữa, giảm chi phí thay thế khuôn hàng năm của họ xuống 35%.
Hơn nữa, từ quan điểm môi trường, “vận hành khuôn bền vững” đang thu hút sự chú ý. Các sáng kiến đã bắt đầu ở một số khu vực để tái xử lý vật liệu khuôn bị mòn thành vật liệu tái chế, có thể giảm lượng khí thải CO₂ trong quá trình sản xuất lên đến 40%.
Do đó, lợi nhuận của một khuôn thay đổi rất nhiều không chỉ bởi quá trình sản xuất mà còn bởi chiến lược vận hành và triết lý bảo trì của nó. Tùy thuộc vào cách sử dụng, giá trị đầu tư của nó có thể được nhân lên nhiều lần.
Câu chuyện thành công: Một chiếc khuôn rỗng giúp giảm 20% chi phí
Một ví dụ điển hình về cách sự kết hợp giữa sự khéo léo trong cấu trúc sản phẩm và khuôn hiệu suất cao đã tạo ra kết quả đáng kể trong việc giảm chi phí khuôn cho các bộ phận bằng nhôm là trường hợp tạo rỗng của một nhà sản xuất máy móc nhất định, Công ty B.
Công ty B đang phải đối mặt với những thách thức về chi phí vật liệu và gia công ngày càng tăng cho một bộ phận nhôm lớn mới được phát triển. Để thoát khỏi cấu trúc đặc thông thường, họ đã hợp tác với Hakko Metal Industry để xem xét việc giới thiệu “cấu trúc rỗng đường kính lớn + bộ khuôn rèn rỗng”. Bằng cách thực hiện rèn rỗng bằng máy ép lớn hạng 1000 tấn và bộ khuôn có khả năng chèn các chốt định hình từ bốn hướng (trước, sau, trái và phải), họ đã thực hiện một cải tiến toàn diện bao gồm cả những thay đổi về thiết kế.
Kết quả đạt được như sau:
- Chi phí vật liệu: giảm 22%
- Chi phí gia công: giảm 10%
- Tổng cộng: Đạt được mức giảm chi phí 20%
- Chi phí thay thế khuôn có thể được khấu hao trong vòng sáu tháng
- Một hiệu ứng phụ là cải thiện độ bền (tăng độ dẻo dai do dòng chảy hạt phức tạp) cũng xảy ra
Do đó, bằng cách tối ưu hóa cấu trúc khuôn với sự hợp tác của một nhà cung cấp chuyên nghiệp ngay từ giai đoạn ý tưởng, có thể đạt được sự tối ưu hóa tổng thể—giảm chi phí thực sự—vượt ra ngoài việc tiết kiệm chi phí khuôn đơn thuần.
Câu chuyện thất bại: Hậu quả của việc quá nhấn mạnh vào chi phí ban đầu…
Mặt khác, có những câu chuyện thất bại trong đó việc vội vàng giảm chi phí đã dẫn đến việc tăng tổng chi phí.
Một nhà sản xuất thiết bị điện tử, chỉ tập trung vào chi phí ban đầu trong quá trình thay thế khuôn, đã giao việc cho một nhà cung cấp giá rẻ ở nước ngoài. Mức giá hấp dẫn, khoảng 60% so với chi phí trong nước, nhưng các vấn đề sau đây đã lần lượt xảy ra:
- Sự thay đổi về độ chính xác kích thước (ngoài dung sai)
- Co ngót và sứt mẻ thường xuyên sau khi đúc
- Phần trượt bị mòn nhanh, hỏng sau 1.000 lần ép
- Giao hàng chậm hai tháng do sự khác biệt với bản vẽ thiết kế cần phải sửa chữa lại
Cuối cùng, các chi phí bổ sung cho việc sản xuất lại và điều chỉnh, cùng với tổn thất về giao hàng, đã dẫn đến khoản lỗ hơn 1,5 triệu Yên so với dự kiến. Kết quả là, sự “rẻ tiền” ban đầu đã hoàn toàn bị vô hiệu hóa.
Những trường hợp như vậy minh họa tầm quan trọng của việc xem xét một khuôn không phải là một “chi phí một lần” mà bằng cách đánh giá “nó ảnh hưởng đến chi phí của toàn bộ vòng đời sản phẩm như thế nào”. Đặc biệt, việc lựa chọn một đối tác có nền tảng kỹ thuật tích hợp bao gồm thiết kế, gia công và đúc là chìa khóa phân biệt thành công và thất bại.
Kết luận
Giảm chi phí với khuôn nhôm không phải là “chọn một khuôn rẻ tiền”, mà là về việc tích lũy các giải pháp tối ưu trong mỗi giai đoạn thiết kế, sản xuất và vận hành.
Ở giai đoạn thiết kế, lãng phí được loại bỏ khỏi cấu trúc ban đầu thông qua việc tích hợp bộ phận, thay đổi phương pháp sản xuất và giới thiệu các cấu trúc trượt. Trong giai đoạn sản xuất, tuổi thọ và năng suất của khuôn được cải thiện thông qua quá trình gia công chính xác cao và xử lý bề mặt thích hợp. Và trong giai đoạn vận hành, việc duy trì hiệu suất liên tục và cân bằng chi phí thay thế có thể đạt được thông qua bảo trì phòng ngừa, sửa chữa và quản lý kỹ thuật số.
Điều quan trọng là phải đánh giá những điều này không phải là những tối ưu hóa cục bộ mà với quan điểm “tối ưu hóa toàn diện”. Lựa chọn dẫn đến tổng chi phí thấp hơn khi xem xét trên toàn bộ vòng đời, ngay cả khi chi phí ban đầu cao hơn một chút, mới là biện pháp giảm chi phí thực sự.
Đặc biệt, việc sử dụng các cơ sở sản xuất tại Việt Nam là một lựa chọn tuyệt vời giúp cân bằng chi phí sản xuất, thời gian giao hàng và nguồn nhân lực, và đây là một lĩnh vực sẽ thu hút nhiều sự chú ý hơn nữa trong tương lai. Giờ đây, khi bí quyết gia công tại địa phương và các hệ thống kiểm soát chất lượng quốc tế đang được thiết lập, việc mở rộng sản xuất khuôn nhôm ra nước ngoài có tiềm năng lớn như một chiến lược mua sắm hợp lý bao gồm mọi thứ từ “tạo mẫu đến sản xuất hàng loạt”.
Kỷ nguyên mà việc lựa chọn khuôn một cách có tầm nhìn xa sẽ quyết định khả năng cạnh tranh của toàn bộ nhà máy sản xuất đã bắt đầu.
Nguồn:
- Taiyo Parts, “Tầm quan trọng của khuôn trong việc giảm chi phí cho đúc nhôm”
- Hakko Metal, “Giảm chi phí rèn thông qua tạo rỗng”
- Bộ Kinh tế, Thương mại và Công nghiệp, “Báo cáo thống kê đúc hàng năm”
- Bộ Kinh tế, Thương mại và Công nghiệp, “Các vấn đề và tương lai của ngành công nghiệp đúc” (2023-2024)
- Hiệp hội khuôn đúc, “Tiêu chuẩn độ bền của khuôn”
