Dịch vụ đúc nhôm & khuôn mẫu trọn gói

Đối với các nhà lãnh đạo doanh nghiệp sản xuất và các nhà quản lý thu mua, việc ổn định chất lượng, chi phí và thời gian giao hàng của đúc nhôm (đặc biệt là đúc áp lực) là một thách thức quan trọng có thể làm lung lay nền tảng kinh doanh. Không ngoa khi nói rằng 90% chất lượng của một sản phẩm được quyết định bởi “người mẹ” của nó, tức là khuôn mẫu. Tuy nhiên, khi khuôn mẫu gặp phải các sự cố như “mài mòn”, “biến dạng” và “hư hỏng”, dây chuyền sản xuất sẽ phải dừng lại, hàng lỗi chất đống, trực tiếp dẫn đến chậm trễ giao hàng và tăng chi phí khổng lồ. Bài viết này sẽ làm sáng tỏ cơ chế nghiêm trọng đằng sau lý do tại sao những sự cố này không thể tránh khỏi đối với khuôn nhôm. Hơn nữa, chúng tôi sẽ cung cấp những gợi ý thực tế để giải quyết vấn đề sâu xa này từ các góc độ mới: những hạn chế của các biện pháp thông thường và sự đa dạng hóa chuỗi cung ứng (đặc biệt là tìm nguồn cung ứng ở nước ngoài).

Trước khi xem xét các biện pháp đối phó với sự cố khuôn nhôm, trước tiên chúng ta cần nắm bắt tình hình hiện tại của ngành công nghiệp khuôn mẫu trong nước bằng dữ liệu khách quan. Ngành công nghiệp khuôn mẫu của Nhật Bản, vốn tự hào về trình độ công nghệ và giá trị sản xuất cao nhất thế giới trong thời kỳ bong bóng kinh tế, hiện đang phải đối mặt với một bước ngoặt lớn.

Theo thống kê của Hiệp hội Công nghiệp Khuôn mẫu Nhật Bản (JDMIA), giá trị sản xuất khuôn mẫu của Nhật Bản đạt mức cao kỷ lục 1.957,5 tỷ yên vào năm 1991 (năm Heisei thứ 3). Tuy nhiên, do suy thoái kinh tế kéo dài sau đó và sự trỗi dậy của các nhà sản xuất nước ngoài, con số này đã giảm xuống còn 1.400,4 tỷ yên vào năm 2021 (năm Reiwa thứ 3), giảm khoảng 28% so với thời kỳ đỉnh cao (Nguồn: Hiệp hội Công nghiệp Khuôn mẫu Nhật Bản).

Đằng sau sự sụt giảm này không chỉ là sự “rỗng ruột” của ngành sản xuất trong nước mà còn là các vấn đề mang tính cơ cấu của các nhà sản xuất khuôn mẫu. Một cuộc khảo sát của Bộ Kinh tế, Thương mại và Công nghiệp (METI) cho thấy ngành công nghiệp khuôn mẫu của Nhật Bản là một tập hợp các doanh nghiệp nhỏ, với 90% cơ sở kinh doanh có 20 nhân viên trở xuống (Nguồn: Bộ Kinh tế, Thương mại và Công nghiệp). Mặc dù các công ty này sở hữu năng lực kỹ thuật cao, nhưng họ đang phải vật lộn với tình trạng thiếu người kế nhiệm, chậm đầu tư trang thiết bị và cạnh tranh về giá ngày càng gay gắt. Kết quả là, số lượng cơ sở kinh doanh đã giảm 64% so với năm 1986 (tính đến năm 2021) (Nguồn: Hiệp hội Công nghiệp Khuôn mẫu Nhật Bản).

Xét về giá trị sản xuất khuôn mẫu của Nhật Bản theo ngành công nghiệp có nhu cầu, tỷ trọng dành cho “ô tô” là rất lớn, chiếm tới 73,7% (Nguồn: JDMIA “Thống kê Khuôn mẫu”). Mặc dù đây là bằng chứng cho thấy công nghệ khuôn mẫu của Nhật Bản đã phát triển cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô, nhưng nó cũng tiềm ẩn rủi ro cơ cấu khi phụ thuộc vào một ngành cụ thể.

Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp ô tô đang phải đối mặt với một sự chuyển đổi lớn trăm năm mới có một, được gọi là “CASE” (Kết nối, Tự hành, Chia sẻ, Điện khí hóa). Với sự tiến bộ của điện khí hóa (EV), các bộ phận liên quan đến động cơ thông thường đang giảm đi, trong khi nhu cầu về các bộ phận đúc nhôm áp lực lớn, có độ chính xác cao liên quan đến động cơ và pin đang tăng lên nhanh chóng. Sự thay đổi này đòi hỏi khuôn mẫu phải có độ bền và độ chính xác ở cấp độ khác so với trước đây, và ngày càng có nhiều trường hợp công nghệ và thiết bị hiện có không thể đáp ứng được. Đối với các nhà quản lý thu mua, sự thay đổi trong cơ cấu công nghiệp này ảnh hưởng trực tiếp đến họ dưới hình thức thiếu hụt năng lực và tăng chi phí từ các nhà cung cấp trong nước.

Khuôn mẫu thường bị coi là “vật tư tiêu hao”, nhưng cách chúng bị hao mòn (= sự cố) không đồng nhất. Đặc biệt, khuôn đúc áp lực dùng cho nhôm (nhiệt độ nóng chảy khoảng 660°C) phải tiếp xúc với môi trường cực kỳ khắc nghiệt gồm nhiệt độ cao, áp suất cao và tốc độ cao. Hiểu được các cơ chế vật lý và hóa học đằng sau các sự cố là bước đầu tiên để có các biện pháp đối phó thích hợp.

“Mài mòn” là một thuật ngữ chung chỉ hiện tượng bề mặt khuôn bị mòn đi hoặc bị khoét sâu. Trong khuôn nhôm, mài mòn chủ yếu xảy ra dưới ba hình thức:

Chỉ trong một chu kỳ ngắn vài chục giây, khuôn phải chịu tác động của nhôm nóng chảy trên 600°C được phun vào ở áp suất cao từ vài chục đến 100 MPa (Megapascal). Do ứng suất từ nhiệt và áp suất này, nếu vật liệu khuôn vượt quá giới hạn chảy (yield point – giới hạn mà nó không thể trở lại hình dạng ban đầu), “biến dạng dẻo” sẽ xảy ra.

Một vấn đề đặc biệt là sự “lún” (Hetari) của khuôn. Việc tiếp xúc lặp đi lặp lại với nhiệt độ cao làm giảm độ cứng (độ bền ở nhiệt độ cao) của vật liệu khuôn, và biến dạng dần dần tiến triển. Điều này không chỉ làm giảm độ chính xác về kích thước của sản phẩm mà còn tạo ra các khe hở trên các bề mặt tiếp xúc của khuôn (đường phân khuôn – parting line), gây ra bavia (nhôm thừa ở mép sản phẩm).

Sự cố nghiêm trọng nhất là “hư hỏng”, cụ thể là các vết nứt (crack). Có hai loại, lớn và nhỏ:

Nhiều biện pháp đối phó khác nhau được thực hiện tại hiện trường để chống lại những sự cố này. Tuy nhiên, các nhà quản lý thu mua trong ngành sản xuất có thể cảm thấy tình thế tiến thoái lưỡng nan rằng các sự cố vẫn không được loại bỏ triệt để.

Nguyên nhân gốc rễ của nứt mỏi nhiệt là “sự lặp lại của việc nung nóng và làm nguội,” nhưng điều này là hoàn toàn không thể tránh khỏi trong quá trình sản xuất sản phẩm. Càng tăng năng suất (chu kỳ nhanh hơn), cú sốc nhiệt này càng trở nên nghiêm trọng. Nói cách khác, cải thiện năng suất và tuổi thọ khuôn mẫu có mối quan hệ đánh đổi (trade-off).

Ngoài ra, chất tách khuôn là không thể thiếu để giúp sản phẩm dễ dàng tách ra khỏi khuôn, nhưng việc phun chất tách khuôn gốc nước lên khuôn nóng giống như “đổ nước (nhiệt độ phòng) ào vào nước sôi” đối với khuôn, và đó là một trong những yếu tố lớn nhất thúc đẩy nứt mỏi nhiệt.

Nhiều sự cố khuôn mẫu có thể được dự đoán và kéo dài tuổi thọ thông qua bảo trì định kỳ (làm sạch, kiểm tra, sửa chữa hàn các vết nứt nhỏ, v.v.). Tuy nhiên, khi ngành công nghiệp khuôn mẫu trong nước đang dần mệt mỏi, số lượng các nhà cung cấp có thể duy trì một hệ thống bảo trì đầy đủ đang giảm đi.

Theo một cuộc khảo sát của Cơ quan Doanh nghiệp Vừa và Nhỏ, liên quan đến việc thanh toán giá khuôn, khoảng 80% các trường hợp “trả góp” và khoảng 60% các trường hợp “tính gộp vào đơn giá sản phẩm” mất 13 tháng trở lên để hoàn tất thanh toán (Nguồn: Cơ quan Doanh nghiệp Vừa và Nhỏ). Theo cách này, thực tiễn thương mại trong đó chi phí bảo trì không được bao gồm trong “giá” của khuôn và chỉ tập trung vào chi phí ban đầu (initial cost), hậu quả là gây khó khăn cho việc bảo trì đúng cách và ngược lại, làm tăng tổng chi phí (life cycle cost).

Vậy, chúng ta không còn lựa chọn nào sao? Không, có ba điểm mà bên đặt hàng (người quản lý thu mua) cũng có thể tích cực tham gia để tối đa hóa tuổi thọ khuôn mẫu và tối ưu hóa tổng chi phí.

Nhiều sự cố đã được “cài đặt sẵn” ngay từ giai đoạn thiết kế khuôn mẫu. Ví dụ, nếu có các cạnh sắc (sharp edges) trong thiết kế sản phẩm, ứng suất sẽ tập trung vào phần đó của khuôn, làm tăng đáng kể nguy cơ “nứt vỡ lớn”. Việc các nhà quản lý thu mua hợp tác với bộ phận thiết kế để thúc đẩy “thiết kế thân thiện với khuôn mẫu” (ví dụ, cung cấp R (bo góc/cung lượn) càng nhiều càng tốt) có liên quan trực tiếp đến việc cải thiện tuổi thọ khuôn mẫu.

Việc lựa chọn vật liệu làm khuôn cũng rất quan trọng. Cần phải lựa chọn vật liệu có sự cân bằng giữa chi phí và hiệu suất tùy theo hình dạng của sản phẩm và số lần đúc (shot) yêu cầu, chẳng hạn như vật liệu có độ bền ở nhiệt độ cao hoặc độ dẻo dai (toughness) cao.

“Bí quyết vận hành” của nhà cung cấp chế tạo khuôn mẫu cũng là một điểm cần được kiểm tra nghiêm ngặt. Ví dụ, “công nghệ phun vi lượng” (minimal application technology) giữ cho lượng chất tách khuôn ở mức tối thiểu cần thiết và việc thiết kế, quản lý đúng cách các kênh làm mát bên trong khuôn là vô cùng hiệu quả trong việc làm chậm quá trình nứt mỏi nhiệt. Việc họ có quản lý kỹ thuật số các điều kiện đúc (tốc độ phun, áp suất, nhiệt độ khuôn) và liên tục tối ưu hóa chúng hay không cũng là một chỉ số để xác định nhà cung cấp đáng tin cậy.

Hiện nay, một trong những biện pháp hiệu quả nhất để kéo dài tuổi thọ khuôn mẫu là “xử lý bề mặt”. Đặc biệt, xử lý Nitriding (chikka) (thấm Nitơ) là một công nghệ tạo ra một lớp nitride cứng trên bề mặt khuôn. Lớp này có khả năng phản ứng (khả năng thấm ướt) thấp với nhôm nóng chảy, do đó nó ngăn chặn đáng kể “ăn mòn” và “cháy dính”. Hơn nữa, vì nó tạo ra “ứng suất nén dư” (một lực cố gắng co lại trước) lên bề mặt, nó có tác dụng bù đắp “ứng suất kéo” (nguyên nhân gây nứt mỏi nhiệt) trong quá trình đúc và làm chậm quá trình phát sinh vết nứt.

Ngoài ra, còn có nhiều công nghệ xử lý bề mặt khác như phủ PVD và phủ CVD, và cần có bí quyết tiên tiến để sử dụng chúng một cách hợp lý tùy theo loại sự cố.

Đối mặt với thực tế là các nhà cung cấp trong nước ngày càng già hóa, nguy cơ đóng cửa kinh doanh và chi phí tăng vọt, nhiều công ty Nhật Bản đang hướng ra nước ngoài, đặc biệt là Đông Nam Á, như một nguồn cung ứng khuôn mẫu và các sản phẩm đúc nhôm. Trong số đó, Việt Nam hiện là một trong những cơ sở sản xuất đáng chú ý nhất.

Trước đây, việc thu mua từ Việt Nam có thể mang hình ảnh “rẻ nhưng chất lượng kém”. Tuy nhiên, đó là chuyện quá khứ. Hiện nay, tại Việt Nam (đặc biệt là đối với các công ty liên kết với Nhật Bản như chúng tôi đã mở rộng sang đây), một hệ thống đang được thiết lập để đồng thời đạt được chất lượng cao, chi phí thấp và giao hàng ổn định vì những lý do sau:

“Mài mòn, biến dạng và hư hỏng” của khuôn nhôm không chỉ là vấn đề kỹ thuật tại hiện trường; chúng là những vấn đề liên quan trực tiếp đến chi phí, chất lượng, giao hàng và chính chiến lược kinh doanh. Khi ngành công nghiệp khuôn mẫu trong nước trải qua một sự chuyển đổi cơ cấu, việc tiếp tục phụ thuộc vào các nhà cung cấp thông thường tự nó trở thành một rủi ro. Hiểu sâu sắc các cơ chế của sự cố (như nứt mỏi nhiệt, ăn mòn), thực hiện các biện pháp đi sâu vào mọi thứ từ giai đoạn thiết kế đến vận hành của nhà cung cấp, và đồng thời, hợp tác với các đối tác nước ngoài xuất sắc, bao gồm cả Việt Nam, để xây dựng lại chuỗi cung ứng. Đây là chiến lược thu mua để chiến thắng trong cuộc cạnh tranh toàn cầu phía trước. Tại sao không thực hiện bước đầu tiên ngay bây giờ để giải quyết triệt để các sự cố khuôn mẫu của công ty bạn và xem xét lại cơ cấu chi phí một cách drastric?