Giới thiệu
Trong ngành sản xuất, sức hấp dẫn lớn nhất của đúc nhôm nằm ở những hiệu quả đa dạng mà trọng lượng nhẹ của nó mang lại. Tỷ trọng của nhôm là khoảng 2.7 g/cm³, chỉ bằng khoảng 34% so với sắt (khoảng 7.85 g/cm³), giúp giảm trọng lượng linh kiện lên đến 65%. Ví dụ, trong trường hợp áp dụng cho các bộ phận hệ thống treo ô tô, đã có trường hợp giảm được khoảng 1.5 kg trọng lượng cho mỗi xe, giúp cải thiện hiệu suất nhiên liệu 1.2%. Ngoài ra, nó còn giúp giảm tiêu thụ năng lượng và phát thải CO₂ trong giai đoạn vận chuyển, hỗ trợ mạnh mẽ cho việc quản lý bền vững.
Về mặt chi phí, cũng có thể kỳ vọng vào ưu thế trong toàn bộ vòng đời sản phẩm. Mặc dù đơn giá vật liệu nhôm có thể cao hơn khoảng 20% so với gang đúc, nhưng nếu tính cả việc giảm chi phí nhiên liệu do giảm trọng lượng và rút ngắn các công đoạn hạ nguồn trong quá trình lắp ráp, có thể dự kiến giảm hơn 10% chi phí vòng đời. Hơn nữa, lớp màng oxit nhôm hình thành tự nhiên (dày khoảng 0.01–0.1 μm) có khả năng chống ăn mòn cao, đây cũng là một điểm hấp dẫn lớn vì nó có thể hạn chế chi phí bổ sung cho việc xử lý chống gỉ.
Vậy tại sao việc đặt cơ sở sản xuất tại Việt Nam hiện nay lại đặc biệt được chú ý? Yếu tố lớn nhất là sự chênh lệch về mức lương. Mức lương trung bình hàng tháng của công nhân ngành sản xuất tại Việt Nam là khoảng 300 USD, chỉ bằng khoảng 10% so với mức khoảng 3.000 USD của Nhật Bản. Thêm vào đó, nhờ các ưu đãi thuế thu nhập doanh nghiệp của chính phủ địa phương (doanh nghiệp đầu tư mới được miễn thuế trong 2 năm đầu, giảm 50% trong 3 năm tiếp theo) và lợi thế thuế quan thấp của Khu vực Mậu dịch Tự do ASEAN (FTA), có thể giảm tổng chi phí mua sắm khoảng 15%. Từ những yếu tố trên, Việt Nam trở thành một lựa chọn cực kỳ tiềm năng để mở rộng hoạt động đúc nhôm ra nước ngoài.
Các trường hợp đúc nhôm cho phụ tùng ô tô
Trường hợp 1: Đúc nắp máy (Công ty OEM X)
Công ty OEM X đã chuyển đổi từ nắp máy bằng gang đúc truyền thống sang đúc áp lực hợp kim A356, đạt được những cải tiến đáng kể cả về chi phí và thời gian giao hàng. Trước khi chuyển đổi, đơn giá linh kiện là khoảng 5.200 Yên, thời gian giao hàng là 21 ngày làm việc. Sau khi chuyển sang đúc hợp kim A356, đơn giá giảm xuống còn khoảng 4.300 Yên (giảm 17%), và thời gian giao hàng được rút ngắn xuống còn 14 ngày làm việc. Cùng với sự thay đổi này, tỷ trọng của linh kiện giảm xuống còn 2.68g/cm³ (Si 6.5–7.5%, Mg 0.2–0.45%), nhẹ hơn khoảng 35% so với gang đúc, giúp giảm khoảng 2.3 kg trọng lượng cho mỗi động cơ và cải thiện hiệu suất nhiên liệu của xe 1.5% theo đo lường thực tế [1].
Điều kiện đúc là nhiệt độ kim loại nóng chảy 700–720°C, nhiệt độ khuôn 160–180°C, áp suất phun 60MPa, thời gian giữ nguội 25 giây. Sau khi đúc, thực hiện xử lý nhiệt T6 (xử lý dung dịch + hóa già nhân tạo) để đảm bảo độ bền kéo khoảng 230MPa, độ cứng Brinell HB75, và độ dãn dài khoảng 4%. Điều này đã mang lại chất lượng và độ bền vượt trội so với các sản phẩm gang đúc truyền thống [2]. Ngoài ra, công ty đã xây dựng một hệ thống sản xuất tích hợp từ việc loại bỏ bavia đến gia công hoàn thiện CNC, giảm 20% các công đoạn hạ nguồn. Thông qua các đề xuất VA/VE bao gồm tối ưu hóa kích thước và xem xét lại vị trí cổng rót, họ đã đồng thời giảm tỷ lệ lỗi và hạn chế chi phí phát sinh.
Trường hợp 2: Đúc linh kiện khung gầm xe điện (Công ty T)
Công ty T bắt đầu hoạt động tại Việt Nam vào năm 1997 và hiện đã thiết lập một hệ thống với ba dây chuyền đúc áp lực tại ba nhà máy, có khả năng cung cấp linh kiện cho 4.000 xe mỗi tháng. Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về linh kiện cho xe điện, họ sản xuất bằng hợp kim A357 thông qua phương pháp đúc mẫu chảy, giảm 15% trọng lượng (khoảng 0.8 kg mỗi linh kiện) so với các sản phẩm thông thường nhờ tối ưu hóa độ mỏng và độ dày thành. Kết quả là, tổng trọng lượng xe đã giảm khoảng 12 kg, và quãng đường di chuyển thực tế đã tăng khoảng 4%.
Bằng cách áp dụng hệ thống làm việc ba ca, 24 giờ và thực hiện các đề xuất VA/VE để tối ưu hóa vị trí cổng rót và đường dẫn làm mát, họ đã giảm 30% tỷ lệ lỗi đúc và cắt giảm 10% giờ công gia công và lắp ráp. Sáng kiến này không chỉ tăng cường khả năng cạnh tranh về chi phí mà còn góp phần đáng kể vào việc cải thiện hiệu suất của xe điện.
Các trường hợp đúc nhôm cho linh kiện máy bay
Trường hợp 1: Linh kiện hình dạng phức tạp bằng phương pháp đúc mẫu chảy (Công ty Aerospace Y)
Công ty Aerospace Y sản xuất hàng loạt các linh kiện máy bay phức tạp và có độ chính xác cao bằng phương pháp đúc mẫu chảy. Họ được trang bị đầy đủ máy phân tích quang phổ phát xạ, máy đo độ cứng Rockwell/Brinell, và máy đo tọa độ ba chiều (CMM) tại chỗ, và tiến hành kiểm tra không phá hủy ở mỗi công đoạn. Bằng cách phát hiện các khuyết tật bên trong nhỏ và sai số kích thước đến mức micron, họ đảm bảo độ tin cậy cần thiết cho các linh kiện máy bay [3]. Hơn nữa, họ đã đạt được chứng nhận JIS Q 9100 (Hệ thống Quản lý Chất lượng Hàng không Vũ trụ) và Nadcap (Chứng nhận Kiểm tra Không phá hủy), và cũng đang tiến hành chuẩn bị để đạt được FAA Part 21.
Trường hợp 2: Đúc hợp kim chịu nhiệt cao (Hợp kim A357)
Hợp kim A357 (khoảng 7.0% Si, khoảng 0.55% Mg + một lượng nhỏ Be) được công ty sử dụng đạt được độ bền kéo 372 MPa, giới hạn chảy 317 MPa, và độ dãn dài 5.9% sau khi xử lý nhiệt T6, cân bằng giữa độ bền và độ dẻo trong môi trường nhiệt độ cao [4]. Bằng cách làm mỏng và tối ưu hóa hình dạng thông qua đúc chính xác, họ đã giảm tỷ lệ gia công từ vật liệu rắn lên đến 30% và nén đáng kể chi phí vận hành thông qua việc hợp nhất các quy trình. Mẫu thử nghiệm được giao trong thời gian ngắn nhất là hai tuần, và bằng cách quản lý thời gian giao hàng trong vòng 10 tuần sau khi chuyển sang sản xuất hàng loạt, họ đạt được cả việc giao hàng đúng hạn và khả năng cạnh tranh về chi phí.
Nguồn:
- CEX Casting, “Nhôm A356,” (https://cex-casting.com/a356-aluminum/)
- eazall.com, “Tính chất cơ học của hợp kim A356,” (https://www.eazall.com/a356/)
- prime.nc-net.com, “Trường hợp đúc mẫu chảy linh kiện máy bay,” (https://prime.nc-net.com/105943/ja/product/detail/246912)
- Cơ quan Doanh nghiệp vừa và nhỏ, “Sử dụng hợp kim A357 trong linh kiện máy bay,” (https://www.chusho.meti.go.jp/keiei/sapoin/portal/seika/2007/19-29-10-3.pdf)
Các trường hợp đúc nhôm cho linh kiện máy móc công nghiệp
Trường hợp 1: Đúc vỏ bơm (Công ty Z)
Công ty Z đã đối mặt với những thách thức kỹ thuật trong việc đúc cát các vỏ bơm lớn nặng hơn 35 kg, chẳng hạn như lỗ co ở các phần dày, ứng suất bên trong do biến dạng làm mát, và giảm tuổi thọ khuôn. Để đối phó, họ đã áp dụng phương pháp đông đặc ép cục bộ (đúc ép) và tối ưu hóa vị trí cổng rót và thiết kế lỗ thông hơi thông qua mô phỏng số¹. Hơn nữa, họ đã gia nhiệt trước khuôn đến khoảng 200°C và xem xét lại các đường dẫn làm mát để kiểm soát sự phân bố nhiệt độ, giảm đáng kể các khuyết tật bên trong².
Cuối cùng, vỏ bơm, được xử lý nhiệt tương đương A356-T6, đã đạt được độ bền kéo khoảng 255 MPa, giới hạn chảy khoảng 180 MPa, và độ cứng Brinell 70–100 HB, mang lại độ cứng và độ bền cao hơn so với các sản phẩm gang đúc thông thường³.
Trường hợp 2: Đúc vỏ hộp số (Công ty M)
Công ty M vận hành một hệ thống sản xuất tích hợp từ thiết kế và chế tạo mẫu gỗ tại Nhật Bản đến đúc cát, xử lý nhiệt và gia công CNC tại nhà máy ở Việt Nam. Điều này đã cho phép họ rút ngắn thời gian thực hiện từ giai đoạn tạo mẫu đến sản xuất hàng loạt khoảng 30% so với các phương pháp thông thường⁴. Họ cũng đã nhận được phản hồi từ khách hàng rằng, “Hệ thống cho phép quản lý tích hợp chất lượng và giao hàng từ giai đoạn thiết kế đến sản xuất hàng loạt được đánh giá rất cao”⁴.
Nguồn:
- SpringerLink, “Tối ưu hóa việc đúc vỏ bơm lớn bằng phương pháp đông đặc ép cục bộ,” (https://link.springer.com/article/10.1007/s41230-024-4061-2)
- Dongrun Casting, “Kiểm soát phân bố nhiệt độ trong việc đúc vỏ bơm lớn,” (https://www.dongruncasting.com/news/How-to-Cast-Pump-Housing.html)
- AludieCasting, “Tính chất cơ học của vỏ vật liệu A356-T6,” (https://aludiecasting.com/a356-aluminum-die-casting/)
- Tài liệu nội bộ, “Nghiên cứu điển hình VAVE – Giải pháp đúc và gia công nhôm,” L7–L12
Tổng kết
Tổng hợp hiệu quả và các điểm chính cho từng ứng dụng Trong lĩnh vực phụ tùng ô tô, đúc áp lực hợp kim A356 đã giảm trọng lượng linh kiện khoảng 2.3 kg, cải thiện hiệu suất nhiên liệu của xe 1.5%. Linh kiện khung gầm xe điện đã giảm 15% trọng lượng nhờ tối ưu hóa độ mỏng và vị trí cổng rót, kéo dài quãng đường di chuyển thực tế 4%. Đối với linh kiện máy bay, đã đạt được độ chính xác cao cho các linh kiện hình dạng phức tạp thông qua đúc mẫu chảy, và thiết lập một hệ thống kiểm tra áp suất và kiểm tra không phá hủy. Đối với các linh kiện máy móc công nghiệp lớn, đã áp dụng phương pháp đúc ép cục bộ, đạt được độ bền kéo 255 MPa và độ cứng Brinell 100 HB cho vật liệu A356-T6, giảm đáng kể các khuyết tật bên trong.
Lợi ích khi chọn cơ sở tại Việt Nam Mức lương trung bình hàng tháng của công nhân ngành sản xuất tại Việt Nam thấp, khoảng 300 USD (khoảng 10% so với Nhật Bản), và có thể tận dụng các ưu đãi thuế thu nhập doanh nghiệp của chính phủ địa phương (miễn thuế trong hai năm đầu, giảm 50% trong ba năm tiếp theo). Hơn nữa, khi tính đến lợi thế thuế quan thấp từ việc áp dụng Khu vực Mậu dịch Tự do ASEAN (FTA), tổng chi phí mua sắm có thể giảm 15–20%. Daiwa Light Alloy Việt Nam đã đạt được chứng nhận IATF16949 và JIS Q 9100 và, với hệ thống sản xuất tích hợp của mình, đồng thời đạt được chất lượng cao, thời gian giao hàng ngắn và chi phí thấp trong khi vẫn duy trì các tiêu chuẩn chất lượng của Nhật Bản.
Triển vọng và đề xuất trong tương lai Với sự mở rộng dự kiến của nhu cầu về linh kiện xe điện và hàng không vũ trụ, việc thúc đẩy hơn nữa việc giảm tỷ lệ lỗi và rút ngắn thời gian thực hiện có thể đạt được bằng cách giới thiệu các mô phỏng đông đặc do AI điều khiển và giám sát chất lượng thời gian thực qua IoT. Ngoài ra, giá trị khách hàng nên được tối đa hóa bằng cách tăng cường các biện pháp bền vững, chẳng hạn như tăng tỷ lệ nhôm tái chế và giảm nhu cầu điện năng trong các quy trình sản xuất.
Nguồn:
- Bộ Kinh tế, Thương mại và Công nghiệp, “Thống kê Thương mại,” Dữ liệu xuất khẩu sản phẩm nhôm sang Việt Nam (https://www.meti.go.jp/statistics/tyo/kougyo/result-annual.html)
- Trang web chính thức của Công ty TNHH Daiwa Light Alloy Industry Việt Nam (https://daiwa-vietnam.com/)
