Làm thế nào công nghệ sản xuất có thể thúc đẩy tính di động điện?
CHLB Đức – Ngành công nghiệp ô tô đang liên tục thúc đẩy tính di động điện (e-mobility) (1). Điều này có ý nghĩa quan trọng đối với công nghệ sản xuất. Trên thị trường, ngành công nghiệp ô tô ngày càng đòi hỏi nhiều nguồn cung các bộ phận phức tạp với trọng lượng nhẹ. Phương pháp mang tính kinh tế nhất để gia công pin là gì? Quá trình sản xuất bánh răng và truyền động tồn tại những thách thức nào? Những câu hỏi xoay quanh vấn đề này sẽ là chủ đề chính tại hội chợ công nghệ hàng đầu châu Âu – EMO Hannover 2023 (tại CHLB Đức). Tại đây, các nhà sản xuất máy công cụ và dụng cụ, cũng như các nhà nghiên cứu sẽ đưa ra câu trả lời.
(1) Electromobility: hay e-mobility, còn được gọi là “di động điện/ điện tử”, thay vì đề cập đến một công nghệ cụ thể, đó là một thuật ngữ bao trùm tất cả các hệ thống truyền động chạy bằng điện, đang được sử dụng thay thế cho xăng hoặc dầu diesel thông thường và cơ sở hạ tầng hỗ trợ chúng.

Giải pháp giảm tiếng ồn khi sử dụng hộp số của xe điện
Các phương tiện chạy bằng điện, tiếng ồn phát ra từ bánh răng cho biết tình trạng hộp số. Động cơ đốt trong sẽ phát ra tiếng ồn khi hoạt động là không thể tránh khỏi. Do đó, cần chuyển sang giải quyết tiếng ồn do các thành phần truyền động khác, chính là các bánh răng cũng là nguồn phát tiếng ồn lớn nhất. Tập đoàn Klingelnberg GmbH từ thị trấn Hückeswagen (phía bắc CHLB Đức) đã điều chỉnh hệ thống sản xuất bánh răng và tham gia hội chợ công nghệ châu Âu EMO Hannover 2023. Sản phẩm chính của họ là công nghệ mài bánh răng, cũng như các giải pháp đảm bảo chất lượng bánh răng. Tiến sĩ Christof Gorgels, phó chủ tịch công nghệ và đổi mới tại tập đoàn Klingelnberg giải thích: “Trong quá trình mài bánh răng, dịch chuyển bề mặt tĩnh – QSS (quiet surface shifting) là một phương pháp mài thông minh để phá vỡ các cấu trúc mài thông thường trên bề mặt bánh răng, giúp cải thiện tiếng ồn hộp số”.

Phân tích độ lệch răng cho phép đánh giá độ gợn sóng. Điều này giúp phát hiện những sai lệch nghiêm trọng dẫn đến tiếng ồn ở sườn răng, từ đó đề ra các biện pháp khắc phục. Kết hợp cả ba quy trình (phân tích, đánh giá, đề ra biện pháp) để tạo thành một vòng khép kín, cho phép giám sát chặt chẽ và hiệu chỉnh quá trình sản xuất bánh răng. Trong quá trình thử nghiệm, vật liệu được cán một mặt để có thể giám sát một cách chi tiết quá trình mài. Tiến sĩ Christof cho biết thêm: “Điều này cho phép phát hiện các thành phần gây sai lệch ngay lập tức, sau đó loại bỏ và đưa vào phép đo chính xác. Kế tiếp, phép đo sẽ định lượng các sai lệch. Lý tưởng nhất là sau đó máy xử lý có thể tự động sửa lỗi. Kết quả là thời gian sản xuất bánh răng diễn ra nhanh chóng”.

Dòng sản phẩm Crossover đáp ứng cho nhiều nhu cầu sản xuất phương tiện mang tính di động điện

Ông Christian Müller, giám đốc chiến lược và là thành viên hội đồng quản trị tập đoàn

Tập đoàn Grob-Werke GmbH & Co. KG có trụ sở tại thành phố Mindelheim (thuộc bang Bavaria, CHLB Đức) cung cấp đa dạng các loại máy móc. Trong vài năm gần đây, tập đoàn đã hướng đến việc cung cấp các sản phẩm cho các nhà sản xuất trong lĩnh vực xe điện. Đây cũng là lý do tập đoàn này tham gia hội chợ công nghệ hàng đầu châu Âu – EMO Hannover 2023. Ông Christian Müller, CSO (chief strategy officer) giám đốc chiến lược và là thành viên hội đồng quản trị tập đoàn, giải thích rằng: “Sự phát triển không dừng lại và thị trường đang cần các linh kiện để sản xuất stato, roto và pin. Bên cạnh đó, thị trường cũng cần nguồn cung các khay pin, khung phụ, các thành phần kết cấu và nhiều thứ khác ngoài hệ thống truyền động điện tử (e-drive) (2)”. Đây là lý do tại sao tập đoàn chuyển hướng từ công nghệ gia công sang sản xuất linh kiện cho ngành sản xuất xe điện.
(2) E-drive: các thành phần và hệ thống truyền động điện thành năng lượng trong hệ thống truyền động của xe điện, trong đó xe có thể được cung cấp năng lượng từ pin nhiên liệu, pin hoặc các nguồn năng lượng khác.

Dòng máy hiện tại của tập đoàn Grob-Werke GmbH & Co. KG để sản xuất linh kiện cho ổ đĩa điện tử với thiết kế gọn nhẹ

Các dòng sản phẩm của tập đoàn đang được tối ưu hóa cho e-mobility. Sản phẩm mới được phát triển và tung ra thị trường để đáp ứng nhu cầu thay đổi của khách hàng. Ví dụ, một loạt các loại máy ra đời như: Các bộ phận cho e-drive với trọng lượng nhẹ; Máy một trục và hai trục đang được điều chỉnh cho phù hợp nhu cầu của thị trường. Năm 2023, các loại máy khoan với kích thước mới cũng được lên kế hoạch sản xuất, cho phép khoan các linh kiện e-drive chỉ trong một lần vận hành. Dòng sản phẩm Grob-Werke hiện tại gồm có năm loại máy, nghĩa là tất cả khách hàng chắc chắn sẽ chọn được sản phẩm với công năng thích hợp. Ông Christian giải thích: “Máy móc phải bao gồm: không gian làm việc được tối ưu hóa, đồng thời năng động và mạnh mẽ. Trong những năm tới, nhu cầu về máy cắt cho e-drive sẽ ngày càng tăng và cần có các giải pháp mới”.

Máy lắp ráp linh kiện của tập đoàn tập đoàn Grob-Werke

Một chiến lược cho quy trình gia công khung pin
Khung pin là một bộ phận quan trọng trong mọi phương tiện hoạt động bằng điện. Các chuyên gia về xe điện tại công ty Mapal Fabrik für Präzisionswerkzeuge Dr. Kress KG (ở thành phố Aalen, CHLB Đức), đã phát triển một quy trình sản xuất chung dựa trên các thành phần của khung pin. Những thách thức lớn trong quá trình gia công, bao gồm các lỗ khoan theo bậc, các lỗ khoan có đường kính khác nhau qua nhiều lớp vật liệu, các hộc chứa được khoan với các kích thước khác nhau, vách khác nhau và quan trọng nhất là độ rung do cấu trúc gờ vật liệu mỏng và kiểm soát tình trạng gãy phôi. 

Mũi khoan cắt cacbua rắn của công ty Mapal

Ông Matthias Winter, trưởng bộ phận quản lý phân khúc ô tô toàn cầu nói rằng: “Công ty Mapal đã giải quyết được những khó khăn đó, bằng cách sử dụng các lưỡi phay được thiết kế đặc biệt. Phần lớn các lỗ khoan trên khung pin đều được phay. Thời gian chu kỳ gia công sẽ dài hơn nếu tất cả các lỗ khoan được phay. Tuy nhiên, quy trình này mang lại những lợi thế khác biệt, trong trường hợp này phoi phay ngắn có thể dễ dàng loại bỏ, giảm sự hình thành bavia (3), độ tin cậy cao và không cần thay đổi công cụ”.
(3) Bavia: Những phần kim loại còn thừa, sắc cạnh được tạo ra do quá trình đột dập, cắt gọt, tạo hình kim loại.

Công ty Mapal trụ sở tại bang Baden-Württemberg (CHLB Đức), khuyến nghị sử dụng mũi khoan cắt cacbua rắn đặc biệt (solid carbide cutter) (4) để gia công thô phần thành, vách hộc chứa và rãnh, cũng như gia công hoàn thiện. Phương pháp này giúp tạo bề mặt tốt và hoạt động ổn định tại các vị trí góc có độ che phủ lớn và tải trọng cao. Điểm đặc biệt của công cụ này là người dùng có thể hoàn thành độ sâu lớn hơn chỉ trong một thao tác. Điều này giúp tiết kiệm thời gian và do đó giảm chi phí. Các bề mặt có độ dày Rz = 1 µm (độ sâu nhám trung bình) đạt được trong quá trình hoàn thiện khung pin. Tổng cộng có bảy công cụ, bao gồm sáu dao phay được sử dụng trong toàn bộ quá trình gia công. Ông Matthias kết luận rằng: “Vì vậy, công ty Mapal cung cấp cho khách hàng một gói công cụ hoàn chỉnh: công cụ bằng vật liệu kim cương đa tinh thể – PCD (5), các công cụ cacbua rắn, mâm cặp và quy trình gia công tương ứng giúp giải quyết những thách thức của việc gia công khung pin. Tùy vào nhu cầu khách hàng, các chuyên gia sẽ sửa đổi quy trình gia công tương ứng với từng trường hợp”.
(4) Mũi khoan cacbua: có độ cứng cao và khả năng chống mài mòn tốt so với các kim loại khác. Thành phần gồm cacbua vonfram, còn được gọi là “cacbua xi măng”, “hợp kim cứng” hoặc “kim loại cứng”, là một loại vật liệu luyện kim có chứa bột cacbua vonfram (công thức hóa học: WC) và chất kết dính khác (coban, niken, …).
(5) PCD (polycrystalline diamond): Kim cương đa tinh thể, về mặt kỹ thuật là hạt kim cương, được tạo ra từ việc nung kết các hạt kim cương nhỏ hơn trong điều kiện nhiệt độ cao và áp suất cao, với sự có mặt của kim loại xúc tác. PCD có độ cứng gần như tương đương với kim cương tự nhiên, và có thể sản xuất hàng loạt trong công nghiệp.

Số hóa – công cụ hỗ trợ trong sản xuất linh kiện hộp số
Thiết bị chứa động cơ, cụ thể là xe điện có trọng lượng nhẹ, được lắp đặt động cơ tốc độ cao với công suất lớn. Giám đốc máy móc, thiết bị và tự động hóa quy trình tại viện Khoa học Sản xuất WBK, giáo sư tiến sĩ Ing. Jürgen Fleischer giải thích: “Các hộp số như vậy yêu cầu tỷ số truyền cao, để tốc độ bánh xe tương đối thấp. Đồng thời, hộp số cần phải hiệu quả hơn trước để duy trì liên tục công suất của hộp số”.  

Các thiết kế truyền dẫn động dựa trên bộ bánh răng hành tinh đáp ứng các yêu cầu trên. Tuy nhiên, việc sản xuất với chi phí hiệu quả, cần thiết bánh răng có thành bên trong mỏng và các bánh răng hành tinh bậc với đường viền giao thoa gần có thể bị cản trở do va chạm giữa phôi và dụng cụ. Tại viện Khoa học Sản xuất WBK, quy trình mài bánh răng được phát triển cho đến khi sẵn sàng áp dụng trong sản xuất hàng loạt, cho phép sản xuất các bánh răng có năng suất cao và linh hoạt. Tuy nhiên, có những sai lệch đáng kể về chất lượng bánh răng trong sản xuất công nghiệp quy mô lớn, do hao mòn dụng cụ và sự không nhất quán giữa các lô vật liệu. Việc thiếu thu thập dữ liệu quy trình, do có nhiều phương án điều chỉnh hình dạng bánh răng hầu như không được sử dụng. Giám đốc viện cho biết thêm: “Tuy nhiên, từ công nghệ cảm biến dựa trên mô phỏng và tính toán cạnh của vật liệu, được tích hợp trên máy cho phép phát hiện bất kỳ sai lệch biên dạng và sườn của chi tiết”. Tại đây, lực gia công và độ dịch chuyển tâm của dụng cụ được tính toán từ dữ liệu máy. Trong quá trình sản xuất, việc dự đoán tuổi thọ còn lại của bánh răng, để dự đoán và điều chỉnh ảnh hưởng của lực gia công đối với chất lượng bánh răng. Điều này có thể bù đắp cho sự mài mòn dụng cụ và đặc biệt là sự biến động chất lượng của các lô vật liệu thô.

E-mobility chắc chắn là một trong những xu hướng lớn hiện nay. Các bộ phận phức tạp cũng như vật liệu đặc biệt với trọng lượng nhẹ, cần được gia công một cách hiệu quả về chi phí. Do đó quá trình sản xuất cần đưa vào sử dụng các loại máy công cụ, dụng cụ chính xác và phương pháp kiểm tra phù hợp. 

Các quy trình sản xuất sẽ được các nhà cung cấp hàng đầu áp dụng, đã được trình bày phía trên. Đến với hội chợ công nghệ hàng đầu châu Âu EMO Hannover 2023, các khách thăm và các nhà đầu tư sẽ có thêm nhiều thông tin hữu ích, cũng như những giải pháp và các sản phẩm tiên tiến trên thế giới.

Để xem các tin bài khác về “EMO Hannover”, hãy nhấn vào đây.

 

Nguồn: EMO-Hannover