Công nghệ sơn ô tô: Giám sát bể sơn

Đến cuối năm 2009, Việt Nam đã có 397 doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực sản xuất ô tô, thể hiện sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp này. Cụ thể, có 50 doanh nghiệp lắp ráp ô tô, 40 doanh nghiệp sản xuất khung gầm, thân xe và thùng xe, và một số lượng lớn các doanh nghiệp sản xuất linh kiện phụ tùng (210 doanh nghiệp) và sửa chữa ô tô (97 doanh nghiệp), trải rộng khắp 44 tỉnh thành trên cả nước. Tổng công suất sản xuất và lắp ráp ô tô ước tính đạt khoảng 418.000 xe/năm, trong đó xe tải chiếm tỷ lệ lớn nhất (hơn 215.000 xe/năm), tiếp theo là xe dưới 9 chỗ ngồi (khoảng 157.000 xe/năm). Xe khách và xe chuyên dụng chỉ chiếm tỷ lệ nhỏ hơn đáng kể. Để thúc đẩy ngành công nghiệp ô tô phát triển bền vững, cần có sự đầu tư mạnh mẽ vào sản xuất linh kiện, đặc biệt là động cơ và các linh kiện động cơ, khuyến khích hợp tác quốc tế về chuyển giao công nghệ và ứng dụng công nghệ tiên tiến, hiện đại, đồng thời xây dựng nguồn nhân lực chất lượng cao đáp ứng yêu cầu của ngành. Bộ Công Thương đã định hướng phát triển một, hai dòng xe chiến lược để chiếm lĩnh thị trường, phát triển công nghiệp hỗ trợ và hợp tác với các quốc gia trong khu vực AFTA để tham gia vào chuỗi sản xuất ô tô toàn cầu.

Công nghệ sản xuất ô tô tại Việt Nam đang chuyển dần từ lắp ráp sang chế tạo. Quá trình lắp ráp trải qua các giai đoạn từ SKD (Semi Knocked Down) lên CKD1 (Completely Knocked Down), CKD2, và IKD (Incompletely Knocked Down), với tỷ lệ các chi tiết, bộ phận sản xuất trong nước ngày càng tăng. Đối với xe buýt và xe tải, thường bỏ qua giai đoạn SKD và bắt đầu từ CKD1 hoặc CKD2. Việc định vị các bộ phận thân, vỏ xe trước khi hàn được thực hiện bằng đinh tán (khung gầm) và đồ gá hàn chuyên dụng (vỏ xe). Các chi tiết được hàn bằng máy hàn điểm di động, hoặc sử dụng phương pháp hàn hồ quang dưới lớp khí bảo vệ hoặc hàn hơi oxy-acetylen tùy thuộc vào từng trường hợp. Sau khi sơn điện ly, xe được sấy khô trong lò ED OVEN ở nhiệt độ 165°C và 185°C. Các công đoạn sau sơn bao gồm đánh bóng, làm sạch, trát matít, phủ PVC ở gầm xe và lớp cách âm, rồi mới đến các lớp sơn phủ tiếp theo. Công nghệ lắp ráp xe du lịch ở giai đoạn SKD thường nhập khẩu nguyên chiếc đã hoàn thiện, bao gồm cả sơn, khung chassis, động cơ, hệ thống truyền động, bánh xe và lốp. Sự phát triển của sơn điện ly nhằm giải quyết vấn đề rỉ sét bên trong khung xe, vốn không được loại bỏ hoàn toàn bởi dung môi trong quá trình sấy sơn thông thường.

Quá trình sơn xe ô tô được mô tả chi tiết, bao gồm các bước chính như sau: Đầu tiên, thân xe mộc (chưa sơn) được đưa vào bộ phận làm sạch sơ bộ để loại bỏ dầu mỡ, vảy hàn và bụi bẩn bằng các dụng cụ cầm tay, giấy ráp và dung môi. Sau đó, thân xe được chuyển đến phân xưởng sơn. Tiếp theo, xe được mài ướt để đánh bóng lại lớp sơn không đạt yêu cầu ở công đoạn sơn phủ lớp đầu. Sau khi mài xong, xe được đưa vào lò DRY OFF OVEN để sấy khô lớp sơn phủ đầu. Công đoạn tiếp theo là làm sạch bụi bẩn trước khi đưa vào buồng sơn phủ lớp ngoài cùng, sử dụng súng phun sơn cầm tay và các thiết bị chuyên dụng. Cuối cùng, xe được đưa vào lò sấy lớp sơn phủ đầu tiên (PRIMER OVEN) gồm hai buồng sấy, với nhiệt độ 80°C và 100°C, trong thời gian 25 phút. Các bộ phận bên trong như ghế, đệm lót, ống dây nối, ống mềm… được lắp trước vào thân xe. Việc lắp ráp cuối cùng chỉ còn là lắp các ốc vít bằng tay và dụng cụ vạn năng, chủ yếu là sửa chữa nếu cần.

Sơn điện ly (ED) là một công nghệ quan trọng được đề cập trong tài liệu. Ford Motor bắt đầu nghiên cứu sơn điện ly từ năm 1957 dưới sự lãnh đạo của Tiến sĩ George Brewer nhằm tìm ra phương pháp chống ăn mòn tốt nhất cho thân xe. Ưu điểm của sơn điện ly bao gồm hiệu quả sử dụng sơn cao (lên đến 95%), giảm thiểu lượng sơn thất thoát so với phương pháp sơn phun truyền thống, và việc sử dụng nước trong quá trình sơn giúp loại bỏ hệ thống cứu hỏa và hệ thống cấp khí nén, giảm chi phí thiết bị, quản lý và vận hành. Quá trình sơn điện ly bao gồm nhúng chìm thân xe trong bể tẩy đầu mỡ (TK-101) chứa dung dịch kiềm nóng ở 50-60°C. Sau đó, xe được rửa bằng nước sạch và nước khử ion để làm sạch hóa chất còn bám trên bề mặt, tạo điều kiện tốt nhất cho quá trình sơn điện ly. Độ dày lớp sơn ED đạt 25-32 μm. Các thông số như độ pH, độ dẫn điện, hàm lượng Solid và Binder của bể sơn được đo và phân tích hàng ngày để điều chỉnh cho phù hợp tiêu chuẩn. Hệ thống bể sơn ED có bể chứa phụ (TK-237) để dễ dàng bảo dưỡng và sửa chữa. Dung dịch sơn được bơm tuần hoàn liên tục bằng hai bơm ly tâm. Hệ thống thu hồi sơn (UF-208) giúp lọc lại dung dịch sơn và cấp nước làm mát cho bơm. Thời gian nhúng xe trong bể sơn ED là 30 giây. Sau khi sơn, xe được sấy khô ở nhiệt độ lên đến 185°C.

Hệ thống điều khiển và giám sát bể sơn điện ly ô tô được xây dựng dựa trên vi điều khiển, nhằm mục đích chính xác và tự động hóa quá trình. Hệ thống sử dụng vi điều khiển ATmega8 như bộ não trung tâm, chịu trách nhiệm thu thập, xử lý dữ liệu và điều khiển các thiết bị ngoại vi. Cảm biến LM335 được sử dụng để đo nhiệt độ trong bể sơn với độ chính xác cao, phạm vi hoạt động tuyến tính từ -40 đến 100°C và tiêu tán công suất thấp. Tín hiệu tương tự từ cảm biến được chuyển đổi thành tín hiệu số thông qua chân ADC của ATmega8. Màn hình LCD 16x2 được sử dụng để hiển thị các thông số quan trọng của hệ thống, giúp người dùng dễ dàng theo dõi và giám sát quá trình sơn. Ngoài ra, hệ thống còn tích hợp khả năng điều khiển công suất gia nhiệt thông qua transistor và MOSFET, đảm bảo nhiệt độ được giữ ổn định ở mức cài đặt. Khối xử lý trung tâm của vi điều khiển so sánh nhiệt độ đo được với nhiệt độ cài đặt, đưa ra các tín hiệu điều khiển phù hợp để duy trì nhiệt độ ổn định trong bể sơn.

Mạch đo nhiệt độ sử dụng cảm biến LM335, một cảm biến nhiệt độ có độ chính xác cao, phạm vi hoạt động tuyến tính từ -40°C đến 100°C và tiêu thụ công suất thấp. Tín hiệu tương tự từ chân 2 của LM335 được đưa vào chân ADC23 của vi điều khiển ATmega8 để chuyển đổi thành tín hiệu số. Vi điều khiển ATmega8, với khả năng xử lý tín hiệu số, so sánh giá trị nhiệt độ nhận được với giá trị nhiệt độ đặt trước. Kết quả so sánh này sẽ được sử dụng để điều khiển mạch gia nhiệt, đảm bảo duy trì nhiệt độ ổn định trong bể sơn. Quá trình chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số sử dụng bộ chuyển đổi ADC tích hợp trong vi điều khiển, có độ phân giải 10 bit. Điện áp tham chiếu được đặt ở chân AGND (giá trị nhỏ nhất) và chân AREF (giá trị cực đại). Việc lựa chọn kênh tương tự đầu vào được thực hiện thông qua thanh ghi ADMUX.

Màn hình LCD đóng vai trò quan trọng trong giao tiếp giữa người dùng và hệ thống. Trong đồ án này, một màn hình LCD 16x2 (2 dòng, 16 ký tự/dòng) được sử dụng để hiển thị các thông số quan trọng như nhiệt độ thực tế, nhiệt độ cài đặt, và các thông tin trạng thái khác của hệ thống. Loại màn hình LCD này được lựa chọn vì sự dễ sử dụng và giá thành hợp lý. Thông qua màn hình LCD, người dùng có thể dễ dàng theo dõi các thông số hoạt động của hệ thống giám sát bể sơn điện ly và kịp thời phát hiện các vấn đề bất thường.

Vi điều khiển ATmega8 là thành phần trung tâm của hệ thống điều khiển và giám sát. Nó đóng vai trò xử lý trung tâm, chịu trách nhiệm thu thập dữ liệu từ các cảm biến, thực hiện các phép tính và logic điều khiển, và gửi tín hiệu điều khiển đến các thiết bị ngoại vi. ATmega8 là một vi điều khiển 8-bit với khả năng xử lý tín hiệu số hiệu quả. Hệ thống sử dụng các chân ADC (Analog-to-Digital Converter) của ATmega8 để chuyển đổi tín hiệu tương tự từ cảm biến nhiệt độ LM335 thành tín hiệu số, cho phép vi điều khiển xử lý và phân tích dữ liệu một cách chính xác. Bộ nhớ chương trình (Flash) của ATmega8 lưu trữ mã lệnh điều khiển hệ thống, trong khi bộ nhớ EEPROM được sử dụng để lưu trữ các thông số cấu hình và dữ liệu cần thiết khác. Việc sử dụng ATmega8 giúp hệ thống hoạt động ổn định, đáng tin cậy và có khả năng xử lý thông tin một cách nhanh chóng.

Cảm biến LM335 là một cảm biến nhiệt độ có độ chính xác cao, hoạt động tuyến tính trong khoảng nhiệt độ rộng từ -40°C đến 100°C. LM335 cung cấp tín hiệu tương tự tỷ lệ thuận với nhiệt độ, giúp cho việc đo lường trở nên đơn giản và chính xác. Tín hiệu tương tự này được đưa vào chân ADC của vi điều khiển ATmega8 để chuyển đổi thành tín hiệu số. Việc sử dụng LM335 giúp đảm bảo độ chính xác của hệ thống điều khiển nhiệt độ, là yếu tố quan trọng để duy trì chất lượng sơn trong quá trình sơn điện ly. Mạch đo nhiệt độ được thiết kế để tối ưu hiệu suất của cảm biến, giảm nhiễu và đảm bảo độ ổn định của tín hiệu đầu ra.

Màn hình LCD 16x2 được sử dụng làm giao diện chính của hệ thống, cho phép người dùng theo dõi các thông số hoạt động của hệ thống một cách trực quan và dễ dàng. Màn hình hiển thị các thông tin quan trọng như nhiệt độ thực tế, nhiệt độ cài đặt, và các thông tin trạng thái khác của hệ thống. Việc sử dụng màn hình LCD giúp người vận hành dễ dàng theo dõi quá trình sơn và phát hiện các vấn đề bất thường kịp thời, đảm bảo quá trình sơn diễn ra trơn tru và hiệu quả. Màn hình LCD được lựa chọn vì tính dễ sử dụng, giá thành hợp lý và khả năng hiển thị thông tin rõ ràng.