Trong bối cảnh các biện pháp đối phó với tình trạng nóng lên toàn cầu và các quy định về tiết kiệm nhiên liệu được thắt chặt, ngành công nghiệp ô tô đang phải đối mặt với thách thức cấp bách là đạt được cả trọng lượng nhẹ và độ bền cao. Việc giảm trọng lượng của xe không chỉ góp phần cải thiện khả năng tiết kiệm nhiên liệu và giảm lượng khí thải CO2 mà còn cải thiện hiệu suất lái xe và độ ổn định khi xử lý. Ngoài ra, độ bền cao là điều cần thiết để cải thiện độ an toàn và độ bền khi va chạm.
Các sản phẩm đúc nhôm đã thu hút sự chú ý như một vật liệu đáp ứng các yêu cầu này. Các sản phẩm đúc nhôm chỉ bằng khoảng một phần ba trọng lượng của sắt và thép, nhưng lại có độ bền cao và khả năng tạo hình tuyệt vời. Do đó, nó được sử dụng trong nhiều bộ phận ô tô như khối động cơ, đầu xi lanh và hộp số.
Bài viết này giới thiệu những trường hợp thành công khi sử dụng vật đúc nhôm để giảm trọng lượng và tăng độ bền của các bộ phận ô tô. Đối với từng trường hợp, chúng tôi sẽ giải thích chi tiết về tỷ lệ giảm trọng lượng cụ thể và tỷ lệ cải thiện độ bền, loại hợp kim nhôm được sử dụng, phương pháp sản xuất và những thách thức về mặt kỹ thuật. Thông qua những trường hợp này, chúng tôi sẽ khám phá những khả năng về cách vật đúc nhôm đóng góp vào sự phát triển của ô tô.
Kiến thức cơ bản về phụ tùng ô tô đúc nhôm
Vật đúc nhôm đóng vai trò quan trọng trong các bộ phận ô tô. Các đặc tính của nó đáp ứng nhu cầu của ngành công nghiệp ô tô về trọng lượng nhẹ, độ bền cao, khả năng chống ăn mòn và khả năng tái chế.
Vai trò và tầm quan trọng của vật đúc nhôm trong các bộ phận ô tô
Giảm trọng lượng của ô tô là yếu tố thiết yếu để cải thiện hiệu suất nhiên liệu và giảm lượng khí thải CO2. Vật đúc nhôm nhẹ hơn đáng kể so với sắt và thép, và góp phần rất lớn vào việc giảm trọng lượng của toàn bộ thân xe. Hơn nữa, hợp kim nhôm cường độ cao mới được phát triển nhẹ hơn nhưng vẫn có cùng hoặc lớn hơn độ bền của vật liệu thông thường, giúp giảm trọng lượng mà không ảnh hưởng đến độ an toàn.
Nhôm cũng có khả năng chống ăn mòn và chống gỉ tuyệt vời, có thể kéo dài tuổi thọ của các bộ phận ô tô. Hơn nữa, nhôm là vật liệu dễ tái chế, cũng góp phần giảm gánh nặng cho môi trường.
Do những đặc điểm này, đúc nhôm ngày càng trở nên quan trọng như một vật liệu góp phần giải quyết các vấn đề mà ngành công nghiệp ô tô đang phải đối mặt, chẳng hạn như cải thiện hiệu suất nhiên liệu, giảm lượng khí thải CO2, cải thiện hiệu suất lái xe và giảm gánh nặng cho môi trường.
Lợi ích khi sử dụng vật đúc nhôm
Những lợi ích chính khi sử dụng vật đúc nhôm như sau:
- Nhẹ: Nhôm chỉ bằng khoảng 1/3 trọng lượng của thép và việc giảm trọng lượng của các bộ phận ô tô góp phần cải thiện hiệu suất nhiên liệu và hiệu suất lái xe. Ví dụ, sử dụng đúc nhôm cho các bộ phận động cơ có thể giảm trọng lượng 20-30%.
- Tăng độ bền: Bằng cách sử dụng hợp kim nhôm có độ bền cao, có thể giảm trọng lượng trong khi vẫn đảm bảo độ bền cao. Điều này có thể cải thiện độ an toàn khi va chạm và độ bền.
- Giảm chi phí: Đúc nhôm góp phần giảm chi phí bằng cách cải thiện hiệu quả của quy trình sản xuất và giảm chi phí vật liệu. Ngoài ra, hiệu suất nhiên liệu được cải thiện do trọng lượng giảm cũng dẫn đến giảm chi phí nhiên liệu.
Các loại đúc nhôm và ví dụ về ứng dụng của chúng trong các bộ phận ô tô
Có ba loại đúc nhôm chính.
- Đúc cát: Một phương pháp đúc sử dụng cát làm vật liệu khuôn, thích hợp để sản xuất các bộ phận có hình dạng phức tạp. Được sử dụng cho khối động cơ và đầu xi lanh.
- Đúc khuôn: Một phương pháp đúc trong đó nhôm nóng chảy được phun vào khuôn kim loại với tốc độ và áp suất cao, thích hợp để sản xuất hàng loạt các bộ phận có độ chính xác cao. Được sử dụng cho hộp số và bánh xe.
- Các phương pháp đúc khác: Bao gồm đúc khuôn sáp và đúc liên tục. Đúc khuôn sáp thích hợp để sản xuất các bộ phận có hình dạng chính xác, trong khi đúc liên tục thích hợp để sản xuất hàng loạt các bộ phận có hình dạng cố định.
Bằng cách sử dụng các phương pháp đúc này, nhiều loại phụ tùng ô tô có thể được sản xuất hiệu quả.
Các trường hợp ứng dụng đúc nhôm cho phụ tùng ô tô
1. Phụ tùng lái
Theo truyền thống, sắt thường được sử dụng cho các đầu thanh giằng của phụ tùng lái để đảm bảo độ bền. Trong những năm gần đây, với sự tiến bộ của công nghệ rèn nhôm cường độ cao, nó đang được thay thế bằng nhôm. Rèn nhôm cường độ cao là công nghệ cải thiện độ bền thông qua quá trình rèn nhiệt độ không đổi tốc độ cao độc đáo, đạt được độ bền tương đương với sắt. Điều này giúp giảm trọng lượng của các bộ phận lái trong khi vẫn đảm bảo độ bền cần thiết. Là đầu thanh giằng bằng nhôm đầu tiên trên thế giới dành cho ô tô sản xuất hàng loạt, nó góp phần cải thiện hiệu suất nhiên liệu và phạm vi lái của EV [1].
2. Cấu trúc thân xe
Tesla đã giới thiệu một máy đúc khuôn siêu lớn có tên là “Giga Press” để sản xuất các bộ phận ô tô lớn từ nhôm, do đó giảm đáng kể trọng lượng của thân xe [2]. Đúc khuôn là phương pháp đúc trong đó kim loại nóng chảy được ép vào khuôn và đang thu hút sự chú ý như một công nghệ góp phần giảm trọng lượng của ô tô. Hợp kim nhôm thường được sử dụng làm vật liệu đúc khuôn vì chúng có mật độ thấp và khả năng chống ăn mòn và khả năng gia công tuyệt vời. Đúc khuôn có thể sản xuất các bộ phận liền mạch, do đó có thể giảm trọng lượng của các bộ phận trong khi vẫn duy trì độ cứng của chúng. Ngoài ra, ngay cả các bộ phận có hình dạng phức tạp cũng có thể được đúc với độ chính xác cao bằng cách ép kim loại vào khuôn [2].
3. Housing
Đúc khuôn magiê được sử dụng để đúc vỏ bộ phận đơn vị của xe đạp trợ lực điện [2]. Hợp kim magiê, có trọng lượng riêng và độ cứng cao hơn nhôm, được sử dụng trong các bộ phận đòi hỏi độ bền, giúp giảm trọng lượng và duy trì độ bền.
Như có thể thấy từ các ví dụ này, hợp kim nhôm được sử dụng trong nhiều bộ phận của ô tô và góp phần giảm trọng lượng. Đặc biệt, nhôm đóng vai trò quan trọng trong xe điện để giảm trọng lượng tăng thêm do pin và kéo dài phạm vi lái xe [1, 3].
Nguồn:
1 https://www.t-turret.co.jp/forging/product/aluminum/ev/
2 https://diecasting.atryz.co.jp/knowledge/knowledge_9/
3 https://www.shisaku.com/blog/anatomy/post-100.html
Xu hướng kỹ thuật trong đúc nhôm phụ tùng ô tô
Công nghệ đúc nhôm, thúc đẩy giảm trọng lượng và tăng độ bền của phụ tùng ô tô, không ngừng phát triển. Dưới đây là một số xu hướng công nghệ đã thu hút sự chú ý đặc biệt trong những năm gần đây.
Phát triển hợp kim cường độ cao
Để giảm thêm trọng lượng và tăng cường độ bền của các bộ phận ô tô, các thành phần hợp kim và vật liệu composite mới đang được phát triển tích cực. Ví dụ, các hợp kim có độ bền và khả năng chịu nhiệt được cải thiện đã được phát triển bằng cách thêm silic và magiê vào nhôm. Ngoài ra, các vật liệu composite như nhôm gia cường sợi carbon (CFRA) cũng đang được nghiên cứu và dự kiến chúng sẽ đạt được cả trọng lượng nhẹ và độ bền cao. Các hợp kim có độ bền cao này ngày càng được ứng dụng nhiều hơn vào các bộ phận được sử dụng trong môi trường khắc nghiệt hơn, chẳng hạn như các bộ phận động cơ và các thành phần kết cấu thân xe.
Sự phát triển của công nghệ đúc
Công nghệ đúc cũng đang phát triển để sản xuất các bộ phận có chất lượng cao hơn và hình dạng phức tạp. Sản xuất khuôn mẫu bằng công nghệ in 3D giúp sản xuất các bộ phận có hình dạng phức tạp vốn khó sản xuất bằng các phương pháp sản xuất thông thường nhanh hơn và với chi phí thấp hơn. Công nghệ đúc chính xác và công nghệ thành mỏng cũng góp phần tạo ra các bộ phận nhẹ hơn và hiệu suất cao hơn. Ngoài ra, các hệ thống kiểm soát chất lượng sử dụng nhà máy thông minh và IoT (Internet vạn vật) đang được giới thiệu và quá trình tự động hóa quá trình đúc và ổn định chất lượng đang tiến triển.
Sự phát triển của công nghệ ghép nối
Để kết hợp các bộ phận đúc nhôm vào ô tô, việc ghép nối với các bộ phận khác là điều cần thiết. Công nghệ ghép nối cũng đã phát triển và nhiều công nghệ khác nhau như hàn khuấy ma sát (FSW), ghép nối bằng keo và ghép nối vật liệu khác nhau đã được phát triển. FSW là phương pháp ghép nối kim loại bằng nhiệt ma sát, có thể đạt được mối ghép có độ bền cao và kín khí. Ghép nối bằng keo là phương pháp ghép nối các bộ phận bằng keo, góp phần giảm trọng lượng. Ghép nối vật liệu khác nhau là phương pháp ghép nối nhôm với các vật liệu khác (ví dụ: thép và nhựa), giúp cải thiện chức năng của các bộ phận.
Triển vọng tương lai
Công nghệ đúc nhôm cho phụ tùng ô tô dự kiến sẽ tiếp tục phát triển theo các hướng sau.
- Giảm trọng lượng và tăng độ bền: Sự phát triển của các hợp kim và vật liệu composite mới, sự tiến hóa của công nghệ đúc và sự tinh vi của công nghệ ghép nối sẽ cho phép giảm trọng lượng và tăng độ bền của các bộ phận ô tô.
- Phát triển các bộ phận cho điện khí hóa và lái xe tự động: Với sự phổ biến của xe điện và xe tự lái, việc phát triển các bộ phận mới như vỏ pin, vỏ động cơ và bộ phận cảm biến là điều cần thiết. Công nghệ đúc nhôm dự kiến sẽ góp phần làm cho các bộ phận này nhẹ hơn và chắc hơn.
- Nỗ lực giảm tác động đến môi trường: Các nỗ lực giảm tác động đến môi trường, chẳng hạn như giảm mức tiêu thụ năng lượng trong quy trình sản xuất đúc nhôm và phát triển các công nghệ tái chế, sẽ được đẩy nhanh.
Dựa trên xu hướng phát triển công nghệ này, Yamato Light Metals sẽ tận dụng thế mạnh của mình, chẳng hạn như giảm chi phí thông qua sản xuất tại Việt Nam, chất lượng cao thông qua quản lý theo phong cách Nhật Bản và mua sắm tại địa phương tại Việt Nam, để cung cấp các bộ phận đúc nhôm chất lượng cao đáp ứng nhu cầu của ngành công nghiệp ô tô.
Các nhà sản xuất phụ tùng ô tô đúc nhôm
Giới thiệu về các nhà sản xuất lớn
Có rất nhiều nhà sản xuất phụ tùng ô tô đúc nhôm ở cả Nhật Bản và nước ngoài. Dưới đây, chúng tôi sẽ giới thiệu một số nhà sản xuất tiêu biểu, thế mạnh, lĩnh vực chuyên môn và khách hàng lớn của họ.
Alcoa:
Là một nhà sản xuất nhôm lớn của Mỹ, Alcoa cung cấp các sản phẩm nhôm cho nhiều ngành công nghiệp khác nhau, bao gồm hàng không vũ trụ, ô tô và bao bì. Trong lĩnh vực ô tô, Alcoa nổi trội trong việc phát triển hợp kim nhôm cường độ cao, công nghệ đúc khuôn và công nghệ ghép nối. Ford, GM và Toyota là những khách hàng chính của công ty.
Lynden:
Là một nhà sản xuất phụ tùng ô tô của Canada, Alcoa chuyên về các bộ phận đúc khuôn. Công ty cung cấp nhiều loại sản phẩm, bao gồm khối động cơ, hộp số và các bộ phận khung gầm, và chủ yếu giao dịch với các nhà sản xuất ô tô Bắc Mỹ.
UACJ:
Là một nhà sản xuất cán và gia công nhôm của Nhật Bản, UACJ cung cấp các sản phẩm nhôm cho nhiều lĩnh vực, bao gồm ô tô, máy bay và điện tử. Trong lĩnh vực ô tô, Alcoa nổi trội về vật liệu trao đổi nhiệt và vật liệu kết cấu, và chủ yếu hợp tác với các nhà sản xuất ô tô Nhật Bản.
Ahresty:
Một nhà sản xuất đúc khuôn của Nhật Bản cung cấp nhiều loại sản phẩm bao gồm phụ tùng ô tô, phụ tùng xe máy và phụ tùng máy móc công nghiệp. Công ty có thế mạnh về công nghệ sản xuất các sản phẩm đúc khuôn chất lượng cao và hợp tác kinh doanh với các nhà sản xuất ô tô trong và ngoài nước.
Đóng góp của các nhà sản xuất
Các nhà sản xuất phụ tùng đúc nhôm đang phát triển và nghiên cứu nhiều công nghệ khác nhau để góp phần giảm trọng lượng, độ bền và giảm tải trọng môi trường của ô tô.
Ví dụ về phát triển công nghệ góp phần giảm trọng lượng và tăng độ bền:
- Phát triển hợp kim nhôm có độ bền cao: Bằng cách phát triển hợp kim có độ bền cao hơn hợp kim nhôm thông thường, có thể giảm trọng lượng của các bộ phận.
- Sự phát triển của công nghệ đúc khuôn: Bằng cách phát triển công nghệ đúc khuôn có thể sản xuất các bộ phận có hình dạng phức tạp hơn, chúng tôi đang góp phần giảm trọng lượng và cải thiện chức năng của các bộ phận.
- Phát triển công nghệ ghép nối: Bằng cách phát triển công nghệ ghép nhôm với các vật liệu khác, chúng tôi có thể cải thiện độ bền của các bộ phận và bổ sung nhiều chức năng khác nhau.
Ví dụ về các sáng kiến góp phần giảm tác động đến môi trường:
- Sử dụng vật liệu tái chế: Bằng cách tích cực sử dụng vật liệu nhôm tái chế, chúng tôi đang góp phần sử dụng hiệu quả các nguồn tài nguyên và giảm phát thải CO2.
- Giảm tác động môi trường trong quá trình sản xuất: Chúng tôi đang thúc đẩy các sáng kiến nhằm giảm tác động môi trường, chẳng hạn như giảm mức tiêu thụ năng lượng và chất thải trong quá trình sản xuất.
Thông qua những phát triển và sáng kiến công nghệ này, các nhà sản xuất phụ tùng đúc nhôm đang đóng góp đáng kể vào sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô.
まとめ
Việc tăng trọng lượng và độ bền của vật đúc nhôm là điều cần thiết để cải thiện hiệu suất nhiên liệu, giảm lượng khí thải CO2 và cải thiện hiệu suất lái xe. Các nhà sản xuất ô tô như Toyota và Ford đang tích cực áp dụng vật đúc nhôm và tận hưởng nhiều lợi ích từ trọng lượng nhẹ và độ bền cao của chúng.
Công nghệ đúc nhôm không ngừng phát triển, với sự phát triển của hợp kim cường độ cao, sự phát triển của công nghệ đúc và sự tinh vi của công nghệ ghép nối. Trong tương lai, công nghệ đúc nhôm sẽ tiếp tục góp phần giải quyết các vấn đề như giảm trọng lượng và độ bền hơn nữa, ứng phó với điện khí hóa và lái xe tự động, và giảm tác động đến môi trường.
Các sản phẩm đúc nhôm sẽ tiếp tục phát huy tiềm năng của mình như một vật liệu quan trọng hỗ trợ sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp ô tô.
