Việc gia công kim loại một cách chuyên nghiệp đóng vai trò quan trọng trong rất nhiều ngành công nghiệp, nơi vật liệu đa dụng này được sử dụng để chế tạo các loại công cụ, công nghệ và cơ sở hạ tầng khác nhau. Kim loại đóng vai trò thiết yếu trong các lĩnh vực như nông nghiệp, điện, ô tô, đóng góp đáng kể hàng ngày vào nền kinh tế toàn cầu.

Kỹ thuật gia công kim loại yêu cầu các kỹ năng và chuyên môn chuyên biệt, bao gồm quy trình hàn và lắp ráp các vật liệu thô để tạo thành các cấu trúc mới. Những tiến bộ trong kỹ thuật sản xuất đã giúp đơn giản hóa quy trình này, nâng cao cả hiệu suất và hiệu quả chi phí, đồng thời hỗ trợ các mục tiêu phát triển bền vững.

Cùng khám phá những tiến bộ mới nhất trong ngành gia công kim loại, nhấn mạnh các công nghệ tiên tiến và xu hướng đang phát triển, định hình ngành công nghiệp ngày nay.

Kỹ thuật gia công kim loại là gì?
Gia công kim loại bao gồm các quy trình như cắt, uốn và hàn kim loại, để biến đổi chúng từ nguyên liệu thô thành các bộ phận, máy móc và cấu trúc mới. Công việc yêu cầu độ chính xác này thường cần các công nhân lành nghề và các thiết bị chuyên dụng.

Các ngành công nghiệp như ô tô, phụ thuộc rất nhiều vào kỹ thuật gia công kim loại để sản xuất các bộ phận như động cơ, hệ thống ống xả và thân vỏ của xe.

Các ngành công nghiệp phụ thuộc vào kỹ thuật gia công kim loại để sản xuất các thành phần quan trọng, bao gồm băng tải và các công cụ sản xuất bền bỉ (*). Ngoài ra, gia công kim loại còn được áp dụng cho các ứng dụng trang trí như cổng, cầu thang, cầu đường và các công trình kiến ​​trúc.
(*) Công cụ sản xuất bền bỉ: bao gồm các loại đồ gá, khuôn mẫu, hoặc các công cụ nặng được chế tạo để chịu được điều kiện phức tạp của môi trường sản xuất.

Tổng quan về quy trình gia công kim loại
Gia công kim loại là công đoạn thiết yếu để sản xuất các bộ phận trong ô tô, đặc biệt là việc đáp ứng các tiêu chuẩn nghiêm ngặt về tính an toàn và độ bền. Mặc dù quy trình gia công kim loại có thể thay đổi tùy theo sản phẩm, nhưng một số bước cốt lõi là giống nhau trong các ứng dụng.

Quá trình này bắt đầu với thiết kế tỉ mỉ, thường sử dụng phần mềm máy tính để đảm bảo độ chính xác và tính khả thi. Khi các thiết kế được hoàn thiện, các tấm hoặc thanh kim loại thô sẽ được cắt theo kích thước bằng các máy móc tiên tiến.

Tiếp theo, các chi tiết được tạo hình bằng con lăn, dập hoặc ép – một số công đoạn có thể được tự động hóa hoàn toàn, trong khi những công đoạn khác cần thao tác thủ công. Sau đó, kỹ thuật hàn sẽ nối các chi tiết lại với nhau để tạo thành sản phẩm cuối cùng.

Các công đoạn hoàn thiện bao gồm đánh bóng, làm sạch và tạo lớp phủ hoặc sơn bảo vệ. Trước khi đóng gói và vận chuyển, sản phẩm phải trải qua quy trình kiểm tra chất lượng nghiêm ngặt.

Gia công kim loại và những công nghệ tiên tiến
Ngành gia công kim loại đã có những bước phát triển vượt bậc so với thời kỳ đầu khi lao động thủ công và thiết kế vẽ tay là tiêu chuẩn trong ngành.

Công nghệ hiện đại đã cách mạng hóa mọi bước sản xuất, giúp việc gia công kim loại trở nên an toàn hơn, nhanh hơn và hiệu quả hơn. Sự tiến bộ này đã giúp tăng sản lượng và độ chính xác cao hơn.

Những tiến bộ công nghệ quan trọng như:

– Tự động hóa và robot: Trước đây, máy móc tự động và robot chỉ dành cho các công việc phức tạp, ngày nay chúng đã được sử dụng để xử lý một loạt các hoạt động gia công kim loại. Các hệ thống này giúp tăng tốc độ sản xuất, giải quyết tình trạng thiếu hụt lao động và giảm chi phí.

– In 3D: Còn được gọi là sản xuất chồng lớp (additive manufacturing), in 3D ngày càng được tích hợp vào quy trình chế tạo kim loại. Phương pháp nung chảy lớp bột kim loại, cho phép tạo ra các thiết kế phức tạp với lượng chất thải tối thiểu, bằng cách phủ vật liệu thành từng lớp dưới sự kiểm soát chính xác của máy tính.

– Thiết kế được hỗ trợ bởi máy tính (CAD – computer-aided design): Phần mềm CAD, được các doanh nghiệp sản xuất hàng đầu sử dụng trong nhiều thập kỷ, hiện nay đã trở nên phổ biến. Nó cho phép kiểm tra và tinh chỉnh các linh kiện bằng kỹ thuật số trước khi chế tạo và hỗ trợ lập trình cho các máy CNC (computerized numerical control) để việc cắt được chính xác.

Tính bền vững trong gia công kim loại
Các hoạt động sản xuất mang tính bền vững đang trở thành trọng tâm trong gia công kim loại khi các doanh nghiệp sản xuất tìm cách giảm thiểu tác động đến môi trường.

Những thay đổi trong việc cải tiến quy trình quản lý chất thải và phương pháp sản xuất tiết kiệm năng lượng, đã góp phần vào các hoạt động thân thiện hơn với môi trường.

Những nỗ lực phát triển bền vững đáng chú ý bao gồm:

– Tái chế và tái sử dụng: Tái chế phế liệu kim loại giúp giảm nhu cầu khai thác và vận chuyển nguyên liệu thô vốn tốn nhiều năng lượng, đồng thời giúp giảm lượng khí thải carbon.

– Lớp hoàn thiện thân thiện với môi trường: Lớp hoàn thiện (1) truyền thống thường chứa các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi – VOC (volatile organic compounds) (2) gây ô nhiễm không khí. Nhiều nhà máy đang chuyển sang sử dụng các giải pháp thay thế không độc hại, các chất liệu gốc nước (water-based) (3) và an toàn hơn với môi trường.
(1) Lớp hoàn thiện: là các vật liệu và quy trình được sử dụng ở bước cuối cùng của sản xuất như sơn, phủ, hoặc mạ.
(2) Hợp chất hữu cơ dễ bay hơi: là các hóa chất hữu cơ bay hơi vào khí quyển ở nhiệt độ phòng. Một số hợp chất VOC có thể hòa tan vào nước ngầm. Chúng được gọi là hợp chất hữu cơ vì chúng chứa nguyên tố carbon.
(3) Sản phẩm gốc nước: có hàm lượng VOC thấp hoặc bằng không. Do đó, chúng giảm thiểu ô nhiễm không khí và an toàn hơn cho sức khỏe của công nhân cũng như người sử dụng.

– Hiệu quả sử dụng năng lượng: Việc nâng cấp sử dụng những máy móc và công nghệ tiết kiệm năng lượng, cũng như việc tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo, giúp giảm chi phí và hỗ trợ các mục tiêu sản xuất bền vững.

Những tiến bộ trong việc chế tạo kim loại mới
Trong khi kim loại truyền thống vẫn đóng vai trò cơ bản, các hợp kim nhẹ mới đang ngày càng được ưa chuộng, đặc biệt là trong sản xuất ô tô, chúng cho phép chế tạo ra những chiếc xe có tốc độ nhanh hơn và tiết kiệm nhiên liệu hơn.

Một dự án nghiên cứu vào năm 2024 từ phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley (Lawrence Berkeley National Laboratory), đã giới thiệu một hợp kim gồm niobi, tantali, titan và hafni, có độ bền vượt trội khi ở nhiệt độ khắc nghiệt.

Hợp kim này có khả năng chống nứt do tinh thể có thể uốn cong ở cấp độ nguyên tử (*), mang lại tiềm năng trong việc chế tạo các động cơ hiệu suất cao và thiết bị du hành vũ trụ trong tương lai.
(*) Cấu trúc tinh thể của hợp kim có thể biến dạng dẻo (uốn cong) ở quy mô rất nhỏ (nguyên tử) thay vì bị phá vỡ hoàn toàn khi chịu áp lực. Khả năng biến dạng này giúp vật liệu hấp thụ năng lượng và ngăn chặn sự hình thành các vết nứt lớn.

Những đột phá như vậy hướng tới một tương lai mới cho ngành gia công kim loại, nhờ vào vật liệu thông minh hơn, bền hơn và công nghệ sản xuất tiên tiến.

Để xem các tin bài khác về “Gia công kim loại”, hãy nhấn vào đây.

 

Nguồn: Metalworking World Magazine