Câu chuyện thành công

Handtmann: Chất lượng đẳng cấp trong lĩnh vực đúc quy mô lớn

Các linh kiện kết cấu được đúc từ một khối duy nhất
Các nhân viên tại Handtmann đang kiểm tra một linh kiện đúc áp lực được đặt trên máy đo tọa độ.

Vài năm trước, Handtmann, một công ty gia đình tại Đức, đã chuẩn bị cho tương lai của ngành sản xuất kim loại bằng cách đầu tư mạnh tay vào một nhà máy đúc quy mô lớn. Đó là một quyết định đã mang lại thành công: các nhà sản xuất ô tô từ khắp nơi trên thế giới nhanh chóng đặt hàng các chi tiết đúc cỡ lớn do Handtmann tại Đức sản xuất. Tuy nhiên, những thành tựu tiên phong trong lĩnh vực đúc cũng đã mở rộng sang công nghệ đo lường và đảm bảo chất lượng, bởi vì công nghệ đúc quy mô lớn đặt ra những thách thức hoàn toàn mới trong các lĩnh vực này. Để đối phó với những thách thức này, Handtmann áp dụng các giải pháp dựa trên công nghệ quang học, tiếp xúc và X-ray.

Handtmann đã gắn bó với Biberach hơn một thế kỷ, và điều này thể hiện rõ nét ở mọi ngóc ngách của nhà máy sản xuất: một cơ sở được chuyên môn hóa cao và được phát triển qua từng thế hệ. Khởi đầu từ năm 1873 với tư cách là một xưởng đúc kim loại nhỏ, nay đã trở thành một tập đoàn công nghệ hoạt động trên phạm vi toàn cầu thuộc sở hữu gia đình, hiện đang được điều hành bởi thế hệ thứ năm. Đúc kim loại nhẹ là một trong những lĩnh vực kinh doanh chủ chốt của công ty. Ban đầu được biết đến với các linh kiện đúc áp lực nhôm truyền thống như khay chứa dầu và vỏ hộp số, Handtmann đã phát triển qua nhiều thập kỷ để trở thành một trong những nhà cung cấp hàng đầu về các bộ phận kết cấu phức tạp. Ngày nay, xưởng đúc Handtmann thực sự là một nhà tiên phong. Đây là nhà cung cấp dịch vụ đúc đầu tiên tại châu Âu sở hữu máy đúc quy mô lớn, cho phép đúc các linh kiện nhôm có kích thước rất lớn và độ tích hợp cao chỉ trong một lần đúc. 

Một lần đúc, nhiều lợi ích

Thay vì đúc và gia công nhiều chi tiết nhỏ rồi lắp ráp chúng qua nhiều công đoạn, công nghệ đúc siêu lớn cho phép sản xuất một linh kiện kết cấu phức tạp chỉ trong một lần đúc. Điều này mang lại những lợi ích đáng kể. Thứ nhất, kỹ thuật đúc quy mô lớn giúp rút ngắn đáng kể thời gian sản xuất. Trước đây, nhiều bộ phận phải được sản xuất song song, lưu trữ tạm thời, chuẩn bị sẵn sàng và hàn lại với nhau; còn ngày nay, một mô-đun hoàn chỉnh — chẳng hạn như phần đầu hoặc phần đuôi xe — có thể được sản xuất chỉ trong khoảng 100 giây. Thứ hai, công nghệ này giúp giảm đáng kể trọng lượng nhờ loại bỏ các điểm nối, các bộ phận gia cố và các vùng vật liệu chồng chéo. Khối lượng nhẹ hơn đồng nghĩa với phạm vi hoạt động xa hơn cho xe điện, từ đó mang lại lợi thế cạnh tranh rõ rệt. Thứ ba, công nghệ đúc quy mô lớn giúp giảm chi phí vì một linh kiện duy nhất có thể thay thế hàng trăm dụng cụ, đồ gá và công đoạn gia công.

Đồng thời, việc đúc quy mô lớn cũng đặt ra những thách thức mới đối với quy trình sản xuất và đảm bảo chất lượng. Các linh kiện có kích thước lớn và tích hợp cao thường nhạy cảm hơn nhiều với bất kỳ sự dao động nào trong quy trình sản xuất. Ngay cả trong chính quá trình đúc, sự phân bố nhiệt độ, quá trình rót và quá trình đông đặc cũng có ảnh hưởng lớn hơn đến kết quả. Trong khi các linh kiện có kích thước nhỏ hơn có thể bù đắp được một số dao động nhất định, thì các chi tiết đúc có kích thước lớn lại ngay lập tức đối mặt với nguy cơ bị cong vênh, không đồng đều hoặc sai lệch kích thước. Các linh kiện này có kích thước lớn nhưng thành mỏng, do đó rất nhạy cảm với nhiệt độ, chu kỳ làm mát hoặc ứng suất cục bộ của vật liệu.

Ngoài ra, các khuyết tật đúc truyền thống như rỗ xốp, co ngót, lỗ khí và vết nứt có tác động lớn hơn trong quá trình đúc quy mô lớn. Một khuyết tật cục bộ có thể làm ảnh hưởng đến toàn bộ cấu kiện kết cấu. Do đó, cần có công nghệ đo lường có thể đánh giá toàn bộ thể tích của linh kiện, thay vì chỉ tập trung vào các phần cụ thể hoặc các phép đo riêng lẻ. Một yếu tố khác thường bị đánh giá thấp là việc xử lý. Một linh kiện có kích thước vài mét không thể đơn giản được nhấc lên, xoay hoặc đo đạc như một khối đúc nhỏ. Việc xử lý không đúng cách, bảo quản không đúng quy cách hoặc những cong vênh nhẹ trong quá trình vận chuyển cũng có thể gây ra sự biến dạng đáng kể.

Máy quét 3D quang học tự động ZEISS đang quét một chi tiết đúc áp lực có kích thước lớn.

Từ thách thức đến giải pháp: Chiến lược chất lượng của Handtmann trong công nghệ đúc khối lớn

Ở đây, Handtmann cũng phải đi tiên phong, bởi vì các quy trình, phương pháp và thiết bị hiện có sẽ nhanh chóng đạt đến giới hạn về mặt vật lý và kỹ thuật ngay khi các linh kiện có kích thước lên đến vài mét và sở hữu cấu trúc phức tạp, tinh vi. Sandro Langer, Trưởng phòng Kiểm soát chất lượng, giải thích: "Đối với công nghệ đúc quy mô lớn, chúng tôi cần các thiết bị có kích thước lớn hơn, các quy trình mới và một hệ thống logic chất lượng được thiết kế để cung cấp phản hồi nhanh chóng và dễ hiểu. Ngoài ra, điều quan trọng đối với chúng tôi là kết nối các thiết bị khác nhau và chuẩn hóa quy trình đo lường tại tất cả các địa điểm." Trong phòng đo lường của xưởng đúc, nơi cũng phải đáp ứng các kích thước mới của các sản phẩm đúc quy mô lớn, công ty hoàn toàn tin tưởng vào các giải pháp sáng tạo.

Một chi tiết đúc áp lực đang được kiểm tra trên máy đo tọa độ ZEISS PRISMO.

Hệ thống chụp X-ray 2D ZEISS OMNIA GC cho phép kiểm tra toàn diện bằng X-ray các linh kiện đúc kết cấu cỡ lớn mà không cần phải phá hủy chúng. Hệ thống này phát hiện một cách đáng tin cậy các rỗ xốp, hiện tượng co ngót và khuyết tật bên trong trên toàn bộ thể tích linh kiện, giúp đưa ra quyết định kịp thời về việc liệu linh kiện đó có thể tiếp tục được gia công hay không. Hệ thống đo lường 3D tự động ZEISS ScanBox quét quang học toàn bộ bề mặt linh kiện và hiển thị các sai lệch bề mặt giữa tọa độ 3D thực tế và dữ liệu CAD, đảm bảo rằng hiện tượng cong vênh và sai số kích thước được phát hiện ngay lập tức. Tự động hóa bằng công nghệ robot đảm bảo mang lại kết quả ổn định trong thời gian ngắn — rất lý tưởng cho các chu trình phản hồi nhanh trong quá trình sản xuất. Cuối cùng, máy đo tọa độ ZEISS PRISMO cho phép thực hiện các phép đo lường tiếp xúc với độ chính xác cao ngay cả trên các chi tiết đúc lớn, cố định. Điều này cho phép kiểm tra một cách đáng tin cậy các kích thước chức năng quan trọng và dung sai gia công, vốn là yếu tố then chốt để được các nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM) phê duyệt và tiến hành các công đoạn gia công cơ khí tiếp theo.

Sandro Langer, Trưởng phòng Kiểm soát Chất lượng tại Handtmann, đang đứng trong nhà xưởng sản xuất của công ty.

"Khi nói đến công nghệ đúc quy mô lớn, chúng tôi đang thi đấu ở đẳng cấp Champions League, kể cả về mặt yêu cầu kỹ thuật – và chính vì vậy, chúng tôi cần ZEISS làm đối tác của mình."

Sandro Langer
Trưởng phòng Kiểm soát Chất lượng tại Handtmann

Một nhân viên của Handtmann đang chuẩn bị chi tiết để kiểm tra bằng X-ray với thiết bị ZEISS OMNIA GC.

Cuối cùng, điều quan trọng không kém là chính hầu hết các nhà sản xuất ô tô cũng đã hợp tác với ZEISS. Nhờ đó, việc phối hợp đo lường trở nên dễ dàng hơn, kết quả dễ so sánh hơn và quá trình phê duyệt diễn ra nhanh chóng hơn. Sandro Langer nhận xét: "Khi khách hàng đo bằng thiết bị ZEISS và chúng tôi cũng đo bằng thiết bị ZEISS, thì hoàn toàn không có chỗ cho những hiểu lầm hay tranh cãi." Đồng thời, Handtmann đang tìm kiếm một đối tác có thể đảm bảo sự ổn định trong đầu tư dài hạn và hỗ trợ phát triển công nghệ. Đối với ông Jens Hansmeier, Giám đốc nhà máy, điều rõ ràng là công tác đảm bảo chất lượng phải dựa trên một nhà cung cấp "vẫn sẽ là người đặt ra tiêu chuẩn trong vòng năm hoặc mười năm tới." Danh mục sản phẩm phong phú cùng dịch vụ hỗ trợ nhanh chóng đã hoàn thiện bức tranh tổng thể. Sandro Langer tóm tắt như sau: "Khi nói đến công nghệ đúc quy mô lớn, chúng tôi đang thi đấu ở đẳng cấp Champions League, kể cả về mặt yêu cầu kỹ thuật – và chính vì vậy, chúng tôi cần ZEISS làm đối tác của mình."