Cắt plasma cơ giới hóa: Sự phát triển trong công nghệ độ nét cao cải thiện tính linh hoạt

Những tiến bộ công nghệ trong 10 đến 15 năm qua, đặc biệt là cắt plasma độ nét cao, đã làm cho các hệ thống cơ giới trở nên thân thiện, linh hoạt và hiệu quả hơn với người dùng.

Quá trình cắt plasma được biết đến nhiều nhất vì tính đơn giản và khả năng cắt hầu như mọi kim loại. Những phẩm chất này cộng với năng suất mà nó mang lại đã làm cho việc cắt plasma trở thành một quy trình cắt kim loại được chấp nhận rộng rãi với nhiều khả năng và ứng dụng. Mặc dù quy trình cắt plasma đã được sử dụng thương mại từ đầu những năm 1960, nhưng thật thú vị khi lưu ý rằng các thành tựu kỹ thuật ở mức cao nhất góp phần cải thiện hiệu suất của quy trình đã xuất hiện trong 10 đến 15 năm qua. Xu hướng đó tiếp tục ngày hôm nay.

Công nghệ plasma

Bản chất linh hoạt của quy trình cắt plasma phù hợp với nhiều ứng dụng và khả năng. Ngoài các thiết bị điều khiển chuyển động như máy cắt CNC, máy plasma đục lỗ, robot công nghiệp và máy cắt ống, bạn có thể phân loại quy trình plasma thành ba loại riêng biệt: plasma không khí, plasma cơ giới hóa thông thường và plasma độ nét cao.

Plasma không khí. Các hệ thống này, được thiết kế để cắt bằng mỏ hàn cầm tay, có sẵn ở đầu ra mức công suất thấp tới 12 ampe với độ dày cắt tối đa là 1⁄8 inch. Với mỏ hàn cầm tay, lên đến 120 ampe. Hầu hết các hệ thống này sử dụng công nghệ cung cấp điện biến tần, giúp chúng có thể di chuyển được. Nhiều loại có thể được mua cùng với đèn khò máy và có giao diện điện cho phép chúng được sử dụng trong các ứng dụng cắt cơ giới hóa.

Plasma cơ học thông thường. Thông thường, các hệ thống plasma trong danh mục này chỉ khả dụng với mỏ cắt gắn trên máy. Ngoài ra, chúng thường có giao diện phức tạp hơn để cung cấp hiệu suất tốt hơn khi được sử dụng trong các ứng dụng máy cắt CNC hiện đại. Mức công suất cho các hệ thống plasma cơ giới thông thường là từ 130 ampe đến cao nhất là 1.000 ampe.

Được thiết kế để đạt năng suất cao với dung sai trung bình để cắt các vật liệu kim loại màu (không gỉ và nhôm) dày tới 61⁄4 inch, các hệ thống này là công cụ chính của các trung tâm dịch vụ thép, nhà máy đóng tàu và nhà sản xuất thiết bị hạng nặng. Trong khi một số nhà sản xuất các hệ thống plasma thông thường này đã nỗ lực kỹ thuật để cải thiện loại hệ thống này, chẳng hạn như công nghệ được thiết kế để kéo dài tuổi thọ của vật tư tiêu hao oxy và hệ thống giao diện tinh vi có thể giao tiếp với máy CNC dựa trên PC được sử dụng trên hầu hết các máy cắt hiện nay máy móc, các hệ thống này phần lớn vẫn tương tự như các máy cắt công nghiệp thông thường đã được sử dụng trong vài thập kỷ qua.

Đối với hầu hết các trường hợp, loại máy này yêu cầu người vận hành thông minh có thể chú ý đến nhiều thông số thiết lập cần thiết để có chất lượng cắt ổn định hàng ngày. Các hệ thống này yêu cầu giám sát liên tục điện áp hồ quang, lưu lượng khí và áp suất, cũng như hàng chục thông số khác phải được cài đặt chính xác để tạo ra chất lượng vết cắt tốt nhất như mức công suất, độ dày vật liệu và các bộ phận tiêu hao trong quá trình thay mỏ cắt (xem Hình 1 ).

Plasma độ nét cao. Cắt tấm và tấm năng suất cao là hạng mục đang được quan tâm nhiều nhất về mặt nghiên cứu và phát triển quy trình. Kết quả là, các hệ thống cắt plasma độ nét cao đã đạt được những bước tiến lớn về chất lượng, tốc độ, mức công suất, chi phí vận hành và gần đây nhất là tính dễ sử dụng trong vòng 10 đến 15 năm qua.

Trong quá trình cắt plasma độ nét cao, được phát triển từ đầu đến giữa những năm 1990, hồ quang plasma được ép qua một lỗ phun nhỏ hơn, tận dụng tối đa các định luật vật lý nhiệt độ cao. Điều này làm cho các cạnh cắt vuông vắn hơn, sạch hơn trong khi duy trì tuổi thọ các bộ phận tiêu hao chấp nhận được trong mỏ hàn. Các hệ thống đầu tiên bị giới hạn về cường độ dòng điện và công suất độ dày (70 ampe với độ dày tối đa 3⁄8 inch trên thép) và yêu cầu người vận hành máy chuyên nghiệp giám sát và điều chỉnh nhiều thông số ảnh hưởng đến chất lượng cắt. Tuy nhiên, ngay cả ở giai đoạn đầu, công nghệ plasma độ nét cao được xếp hạng là một trong ba hoặc bốn bước phát triển hàng đầu trong lịch sử cắt plasma.

Lớp hệ thống plasma độ nét cao ngày nay có cường độ dòng điện từ 130 đến 800 với khả năng cắt độ dày từ 26 thước đo đến 3 inch trên thép carbon và lên đến 61⁄4 inch trên thép không gỉ và nhôm. Tuổi thọ vật tư tiêu hao, chất lượng cắt và tính nhất quán cũng đã được cải thiện đáng kể qua nhiều năm, khiến những hệ thống này trở thành phương pháp cắt kim loại chính được lựa chọn cho các nhà chế tạo kim loại trên toàn thế giới. Chi phí vận hành thấp, tốc độ cắt cao và chất lượng được cải thiện là kết quả của những nỗ lực kỹ thuật trình độ cao và nhu cầu đã tăng lên rất nhiều.

Cập nhật công nghệ

Trong khi các nỗ lực R&D vẫn tiếp tục cho đến ngày nay, nhiều đột phá gần đây về chất lượng cắt, tuổi thọ vật tư tiêu hao, năng suất và tính dễ sử dụng đều dựa trên những gì từng được coi là “hệ thống bên ngoài” trong quy trình cắt plasma cơ giới hóa.

Hình 1: Người vận hành có kinh nghiệm phải giám sát điện áp hồ quang, lưu lượng khí và áp suất, cũng như hàng chục thông số khác phải được đặt chính xác trong các hệ thống plasma cơ giới hóa thông thường.

Mặc dù người ta luôn biết rằng chuyển động của máy (độ chính xác, gia tốc và độ trơn tru), điều khiển chiều cao mỏ hàn (chiều cao xuyên, chiều cao cắt, tránh va chạm và thời gian chu kỳ) và phần mềm CAM (xử lý hậu kỳ cho chiều rộng rãnh, đầu vào, đầu dẫn -outs và lồng) đóng vai trò chính ảnh hưởng đến bất kỳ hoạt động cắt cơ giới hóa nào về độ chính xác của bộ phận cắt, chi phí vận hành và thông lượng, các tham số liên quan đến từng hệ thống bên ngoài này được kiểm soát bởi người lập trình và người vận hành máy. Một hoạt động cắt với một lập trình viên chuyên nghiệp và một người vận hành có kinh nghiệm có thể được kỳ vọng sẽ tạo ra chất lượng cao hơn so với một hoạt động với nhân viên ít chu đáo hơn hoặc ít kinh nghiệm hơn.

Được trang bị kiến thức rằng việc kiểm soát chặt chẽ hơn và nhất quán hàng chục thông số vận hành quan trọng ảnh hưởng đến tất cả các mức hiệu suất trong hệ thống plasma độ nét cao sẽ cải thiện hơn nữa quy trình cắt tại xưởng, các kỹ sư hệ thống đã bắt tay vào làm việc. Các nhà sản xuất các hệ thống này đã làm việc chặt chẽ với các nhà cung cấp máy CNC, bộ điều khiển chiều cao mỏ cắt và phần mềm CAD (thường được gọi là phần mềm lồng ghép). Sau một vài năm phát triển, máy cắt plasma độ nét cao gần đây nhất sử dụng bộ đầy đủ các bộ phận của máy cắt CNC để tự động hóa hoàn toàn và phối hợp các chức năng ảnh hưởng đến chất lượng cắt.

Các hệ thống plasma này hiện có thể chấp nhận các đầu vào tệp bản vẽ định dạng AutoCAD® giống như các máy cũ sử dụng và kết hợp phần mềm CAM mới hơn để phân tích các tính năng trên bản vẽ bộ phận như lỗ, tính năng bên ngoài, hình dạng, loại vật liệu và độ dày. Phân tích này sau đó được sử dụng để lồng các phần; chèn các đầu vào, đầu ra, tốc độ cắt, cường độ dòng điện và khí tốt nhất; và đặt tất cả các thông số cắt đã từng được điều khiển bởi người vận hành máy. Kết quả là các bộ phận cắt plasma chất lượng cao; lỗ tròn, không côn; chất lượng cắt nhất quán; ít thời gian chết hơn nhờ công nghệ tránh va chạm tấm; ít phế liệu hơn do ít hoặc không có lỗi thiết lập của người vận hành hoặc lập trình viên; và thời gian chu kỳ cắt để cắt nhanh hơn (xem Hình 2). Các tiến bộ của công nghệ CNC sử dụng các điều khiển của người vận hành màn hình cảm ứng dựa trên Windows®, dễ sử dụng, giúp giảm đáng kể thời gian học tập của người vận hành máy mới.