Gia công kim loại là quy trình chế tạo các chi tiết kim loại thông qua các phương pháp cắt, uốn, đúc và gia công khác nhau. Trên thị trường hiện nay, có nhiều phương pháp gia công kim loại được ứng dụng phổ biến trong ngành công nghiệp, tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của sản phẩm và quy trình sản xuất. Trong bài viết này, cùng RX Tradex tìm hiểu ưu nhược điểm của các phương pháp gia công kim loại phổ biến và những ứng dụng của chúng trong ngành công nghiệp kim loại hiện nay.

Ưu nhược điểm của các phương pháp gia công kim loại

1. Phương pháp gia công tiện CNC

1.1. Định nghĩa và nguyên lý hoạt động của phương pháp tiện CNC

Phương pháp tiện CNC là gì? Tiện CNC (Computer Numerical Control) là phương pháp gia công kim loại dựa vào chương trình máy tính để loại bỏ các phần vật liệu khỏi phôi để tạo ra các bộ phận mong muốn. Phương pháp này cho phép sản xuất các chi tiết máy được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như y tế, quân sự, điện tử, ô tô, hàng không,…

Có hai phương thức chính trong quá trình tiện CNC là tiện thô và tiện tinh. Tiện thô được sử dụng để loại bỏ lượng vật liệu lớn trong thời gian ngắn mà không cần quan tâm đến độ chính xác và bề mặt hoàn thiện. Trong khi đó, tiện tinh tạo ra các bề mặt nhẵn và phôi có kích thước chính xác cuối cùng.

Ưu nhược điểm của các phương pháp gia công kim loại

Nguyên lý hoạt động của phương pháp tiện CNC được thực hiện bằng việc lập trình trước các hành động cần thực hiện trên máy tính, mô tả cụ thể vị trí, hướng di chuyển, và các thao tác gia công. Sau đó, mã lệnh này được chuyển đến máy tiện CNC, nơi nó được hiểu và thực thi. Máy tiện CNC sử dụng các động cơ điện và hệ thống trục để điều khiển chuyển động của dao cắt và dụng cụ gia công trên bề mặt vật liệu kim loại, tạo ra các chi tiết kim loại chính xác và theo yêu cầu.

1.2. Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp tiện CNC

Ưu điểm của phương pháp tiện CNC:

• Tạo ra các chi tiết với độ chính xác cao, giảm thiểu sự phát sinh lỗi do tay nghề của thợ thủ công.
• Có khả năng sản xuất các chi tiết với độ phức tạp cao và đa dạng về hình dạng một cách hiệu quả.
• Tăng năng suất và giảm thiểu thời gian sản xuất so với các phương pháp thủ công khác.
• Các quy trình được lập trình trước giúp tạo ra các sản phẩm giống nhau với độ chính xác cao mà không cần điều chỉnh nhiều.
• Giảm thiểu sự phụ thuộc vào kỹ thuật viên và nhân công, giúp giảm chi phí lao động và đảm bảo tính ổn định trong sản xuất.

Nhược điểm của phương pháp tiện CNC:

• Phức tạp trong việc lập trình, đòi hỏi nhân viên kỹ thuật có kiến thức chuyên môn cao về lập trình máy tính để bảo trì và vận hành máy.
• Hạn chế trong việc gia công các chi tiết phức tạp vì các sản phẩm có hình dạng cầu kì hoặc có chi tiết nhỏ khó có thể thể thực hiện được bằng phương pháp này.
• Máy tiện phụ thuộc vào các bộ phận cơ học và điện tử phức tạp nên một khi gặp sự cố rất dễ có khả năng bị mất kiểm soát.
• Chi phí đầu tư ban đầu cao, gây rào cản đối với các doanh nghiệp nhỏ và vừa khi muốn sử dụng máy tiện CNC và cài đặt hệ thống điều khiển.

Ưu nhược điểm của phương pháp tiện CNC

1.3. Ứng dụng của phương pháp tiện CNC trong ngành công nghiệp gia công kim loại

Phương pháp tiện CNC là một phương pháp quan trọng trong lĩnh vực gia công kim loại, được ứng dụng nhiều trong ngành công nghiệp kim loại, điển hình như:

• Sản xuất các chi tiết máy: Sử dụng để gia công các chi tiết máy chính xác, có kích thước đồng đều và bề mặt mịn, như trục, puly, đế cơ,…
• Gia công linh kiện ô tô: Sản xuất các linh kiện quan trọng như các bộ phận động cơ, hệ thống treo, hộp số,..
• Sản xuất linh kiện hàng không và hàng không vũ trụ: Cung cấp khả năng chế tạo các linh kiện phức tạp và chính xác được sử dụng trong ngành hàng không và hàng không vũ trụ, bao gồm các cấu trúc khung thân máy bay, các bộ phận động cơ, và các chi tiết nội thất.
• Gia công dụng cụ cơ khí: Sản xuất các dụng cụ cơ khí như khuôn mẫu, khuôn ép, dao cụ cắt,…
• Sản xuất các chi tiết y tế: Gia công các chi tiết chính xác cho các thiết bị y tế như dụng cụ phẫu thuật, implant, và các linh kiện máy y tế.
• Gia công các chi tiết cho ngành công nghiệp điện tử: Sản xuất các chi tiết chính xác cho ngành công nghiệp điện tử, bao gồm các bảng mạch in, vỏ máy tính,…
• …

2. Phương pháp gia công ép phun kim loại (MIM)

2.1. Định nghĩa và nguyên lý hoạt động của phương pháp ép phun kim loại MIM

Phương pháp ép phun kim loại (MIM) là gì? Phương pháp ép phun kim loại (MIM – Metal Injection Molding) là một phương pháp sản xuất chi tiết kim loại phức tạp bằng cách kết hợp các công nghệ ép phun nhựa và công nghệ chế tạo kim loại. Trong quy trình này, bột kim loại mịn được trộn với chất kết dính và sau đó được bơm vào khuôn. Sau khi bị loại bỏ khỏi khuôn, hỗn hợp kim loại được nung chảy ở nhiệt độ cao để tạo ra các bộ phận kim loại dày đặc và chính xác.

Phương pháp ép phun kim loại được áp dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như hàng không vũ trụ, y tế, ô tô và điện tử, đặc biệt là cho các bộ phận kim loại phức tạp. Phương pháp này cung cấp một giải pháp hiệu quả về chi phí và giảm thiểu chất thải cho việc sản xuất các bộ phận nhỏ và phức tạp.

Nguyên lý hoạt động của phương pháp ép phun kim loại được thực hiện theo quy trình 4 bước sau:

• Bước 1: Trộn bột kim loại và chất kết dính nhựa, tạo thành hỗn hợp đồng nhất.
• Bước 2: Hỗn hợp này được ép phun vào khuôn, thông qua một ống ép phun.
• Bước 3: Sử dụng nhiệt độ và áp suất để chất kết dính nhựa chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn, giữ các hạt kim loại lại với nhau, tạo nên chi tiết cuối cùng.
• Bước 4: Chi tiết sẽ được gia công bổ sung nếu cần thiết như mài, mài bóng hoặc nhiệt luyện để cải thiện độ cứng và độ chịu nhiệt.

2.2. Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp ép phun kim loại MIM

Ưu điểm:

• Cho phép sản xuất các chi tiết có độ chính xác cao và có hình dạng phức tạp mà các phương pháp truyền thống khó thực hiện.
• Có tính linh hoạt cao, cho phép sản xuất các chi tiết với kích thước và hình dạng đa dạng, từ các chi tiết nhỏ đến các chi tiết lớn, từ cơ bản đến các hình dạng phức tạp.
• Chi phí sản xuất thấp so với phương pháp truyền thống, đặc biệt là trong sản xuất hàng loạt các chi tiết phức tạp.

Nhược điểm:

• Độ phức tạp của quy trình cao, đòi hỏi kỹ thuật viên có kinh nghiệm chuyên môn sâu về việc thực hiện các bước công nghệ chính xác và có sự kiểm soát nghiêm ngặt về nhiệt độ và áp suất.
• Hạn chế khả năng sử dụng các vật liệu kim loại khác nhau.

2.3. Ứng dụng phương pháp ép phun kim loại trong ngành công nghiệp gia công kim loại

Phương pháp ép phun kim loại đang được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp gia công kim loại, đặc biệt là trong các lĩnh vực:

• Linh kiện điện tử: Sản xuất vỏ hộp điện tử, các bộ phận kết nối, và các linh kiện nội thất cho thiết bị điện tử.
• Ô tô: Sản xuất các linh kiện kim loại như bánh răng, bộ phận hệ thống lái, và các chi tiết khác có độ chính xác cao và khả năng chịu lực tốt, đáp ứng được yêu cầu chặt chẽ trong ngành ô tô.
• Y tế: Sản xuất các chi tiết phức tạp và chính xác cho thiết bị y tế như đinh ghim, dụng cụ phẫu thuật, và các linh kiện implant.
• Hàng không và hàng không vũ trụ: Sản xuất các linh kiện kim loại như van, ốc vít, và các bộ phận máy bay có độ chính xác cao và khả năng chịu lực tốt.
• Ngành công nghiệp năng lượng: Sản xuất các linh kiện kim loại cho ngành công nghiệp năng lượng như bộ phận của các thiết bị quang phổ và các linh kiện của hệ thống pin lithium.
• Ứng dụng công nghiệp khác: Ngoài các lĩnh vực trên, MIM còn được sử dụng trong các ngành công nghiệp khác như công nghiệp đồ chơi, công nghiệp trang sức, và sản xuất các công cụ cần kim loại có độ chính xác cao.

3. Gia công kim loại bằng phương pháp cắt Plasma

3.1. Định nghĩa và nguyên lý hoạt động của phương pháp cắt plasma

Phương pháp cắt Plasma là gì? Phương pháp cắt Plasma một trong những phương pháp gia công kim loại bằng cắt gọt phổ biến nhất hiện nay, sử dụng một loại khí ion hóa để cắt gọt các vật liệu kim loại. Trong quá trình này, Plasma được tạo ra thông qua việc sử dụng điện cực để ion hóa và nung chảy khí, tạo ra một dòng Plasma có nhiệt độ cao.

Dựa trên nguyên lý tận dụng nhiệt độ cao và tốc độ truyền động lớn của chất khí, phương pháp cắt plasma sử dụng các chất khí có khả năng dẫn điện khi được cung cấp nguồn năng lượng đủ lớn. Quá trình oxygen hoá xảy ra cực mạnh cùng dòng điện liên tục từ quá trình ion hoá các nguyên tử khí sẽ tạo ra dòng Plasma. Dòng Plasma này được dẫn đến đầu Plasmatron để làm nóng chảy và thổi kim loại khỏi rãnh cắt.

3.2. Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp cắt plasma

Ưu điểm:

• Tốc độ cắt nhanh: Cho phép cắt gọt vật liệu kim loại ở tốc độ nhanh, giúp tăng hiệu suất sản xuất.
• Khả năng cắt đa dạng: Có thể cắt gọt nhiều loại vật liệu kim loại khác nhau, từ thép cacbon đến thép không gỉ và nhôm.
• Khả năng cắt các hình dạng phức tạp: Có thể được điều chỉnh để cắt gọt các hình dạng phức tạp mà các phương pháp cắt khác không thể làm được.

Nhược điểm:

• Không thể áp dụng với vật liệu phi kim loại.
• Độ dày vật liệu cắt bị giới hạn.
• Gây ra tiếng ồn, bụi và khí thải độc hại, ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe con người.
• Chi phí vận hành cao vì quá trình vận hành máy cắt Plasma có thể tiêu thụ nhiều năng lượng.

Để tận dụng ưu điểm và vượt qua nhược điểm của phương pháp cắt Plasma, cần sử dụng các thiết bị và công nghệ tiên tiến, cùng việc tăng cường quản lý môi trường trong quá trình gia công. Đồng thời, việc thực hiện kiểm tra định kỳ và bảo trì hệ thống máy móc là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất và độ chính xác của quá trình cắt Plasma được duy trì ổn định.

3.3. Ứng dụng phương pháp cắt plasma trong ngành công nghiệp gia công kim loại

Phương pháp cắt Plasma được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp gia công kim loại với nhiều ứng dụng đa dạng như:

• Cắt tấm kim loại: Sử dụng để cắt các tấm kim loại thành các hình dạng và kích thước khác nhau, từ các tấm lớn đến các chi tiết nhỏ, linh hoạt và chính xác.
• Gia công hàn: Sử dụng để chuẩn bị các mặt cắt cho quá trình hàn, tạo ra các bề mặt sạch và chính xác để đảm bảo sự kết nối chặt chẽ và độ bền của đường hàn.
• Sản xuất kim loại công nghiệp: Sản xuất các bộ phận và linh kiện cho máy móc, thiết bị, và các sản phẩm công nghiệp khác.
• Gia công kim loại tạo hình: Tạo hình và cắt các chi tiết phức tạp, các mô hình nghệ thuật và sản phẩm công nghiệp có yêu cầu kỹ thuật cao.
• Sản xuất ô tô và hàng không: Sản xuất các bộ phận và linh kiện với độ chính xác và độ bền cao.
• Công nghiệp đóng tàu: Cắt và gia công các tấm kim loại lớn để tạo ra các thành phần cấu trúc của tàu thủy.

Tổng kết

Trên đây là tổng hợp ưu nhược điểm của các phương pháp gia công kim loại phổ biến hiện nay được RX Tradex đề cập đến. Tuỳ thuộc vào nhu cầu sản xuất cụ thể mà quý doanh nghiệp có thể lựa chọn phương pháp phù hợp nhất cho quy trình sản xuất của mình. Ngoài ra, quý doanh nghiệp có thể tham gia sự kiện Triển lãm Metalex Việt Nam 2024 do RX Tradex Việt Nam tổ chức để cập nhật thêm về các phương pháp gia công kim loại mới nhất và khám phá thêm nhiều thiết bị máy móc tiên tiến trong ngành hiện nay.