1.4.2.1. Lựa chọn phương pháp cắt plasma
Cắt plasma không khí được sử dụng phổ biến nhất trong cắt plasma, nó cung cấp tốc độ cắt, và chất lượng cắt tốt với thép cacbon, thép không gỉ và nhôm. Giá thành thấp là một lợi thế khi sử dụng không khí. Tuy nhiên trước khi được sử dụng không khí phải được làm sạch, loại bỏ bụi bẩn, hơi nước. Khi sử dụng không khí cần phải chọn hệ thống khí nén, lọc thích hợp với yêu cầu cắt. Một trong các vấn đề của cắt plasma sử dụng không khí là ảnh hưởng của nó lên mối hàn đường cắt plasma. Đường cắt thường có các vùng bị ni tơ hóa, oxy hóa. Điều này ảnh hưởng đến mối hàn. Nó được giải quyết tốt khi sử dụng dây hàn có chứa chất khử nito, oxy. Với các ưu điểm tốc độ cắt tốt, xỉ ít,
tuổi thọ của các thiết bị tiêu hao trung bình. Không khí là một lựa chọn tốt nhất cho cắt plasma trong các xưởng vừa và nhỏ. Điện cực sử dụng cắt plasma ôxy mặt dù đã được khắc phục nhưng tuổi thọ của điện cực không được cao, đây là hạn chế mà người sử dụng rất quan tâm để đầu tư thiết bị này; Chiều rộng của rãnh cắt phía trên và dưới của tấm không đồng nhất.
Khi sử dụng công nghệ cắt plasma, vùng ảnh hưởng nhiệt và biến dạng nhiệt thực tế nhỏ hơn so với khi cắt bằng ôxy gas. Nhưng s ự phân bố nhiệt độ và biến dạng nhiệt như thế nào khi cắt tấm thép bằng tia plasma thì cần được nghiên cứu cụ thể để nâng cao mức độ tin cậy của công nghệ này.
Nhược điểm lớn nhất của công nghệ cắt plasma ôxy cho đến nay là vật liệu làm điện cực, đây là vấn đề lớn các nhà sản xuất thiết bị tiếp tục nghiên cứu và hoàn thiện sản phẩm để đưa công nghệ này áp dụng rộng rãi và tin cậy cao.
Tất cả các yếu tố về mặt kỹ thuật nêu trên đều phụ thuộc vào chế độ cắt và bề dày của tấm khi cắt. Do đó ta cần lựa chọn công nghệ cắt thép tấm cho hợp lý nhằm hạn chế những khuyết điểm về mặt kỹ thuật khi cắt.
1.4.2.2. Công nghệ cắt plasma ở nước ta hiện nay
Cắt plasma được ứng dụng khá phổ biến ở các nhà máy, xí nghi ệp có liên quan gia công kim lo ại, từ thiết bị cắt cầm tay ở các phân xưởng gia công cơ khí nhỏ đến cắt tự động CNC trong các nhà máy xí nghi ệp công nghiệp, đặc biệt là các nhà máy đóng tàu. Với sản phẩm nhập từ các nước có nền công nghiệp phát triển có giá thành cao, điều kiện vận hành và bảo dưỡng thiết bị khá phức tạp.
Ưu điểm thiết bị sản xuất trong nước giá thành rẻ hơn hẳn so với thiết bị nhập ngoại, bảo hành bảo dưỡng thiết bị cũng đơn giản hơn nhiều. Việc ra đời máy cắt thép tấm gas - plasma đã góp phần giải phóng sức lao động, nâng cao năng suất, chất lượng, hiệu quả và hạ giá thành sản phẩm.
Cắt plasma ở Việt Nam hiện nay chủ yếu tập trung vào khai thác s ử dụng, nghiên cứu cải tiến thiết bị, chưa tập trung nghiên cứu sâu vùng ảnh hưởng nhiệt, biến dạng nhiệt…độ bền của điện cực, ảnh hưởng của loại khí tạo plasma đến quá trình cắt.
Ở nước ta hiện nay cùng với sự phát triển của ngành cơ khí thì công nghiệp đóng tàu biển, đóng toa xe và sản xuất máy nông nghiệp, máy chế biến nông sản thực phẩm cũng đang phát triển, do đó công nghệ cắt kim loại tấm là một vấn đề quan trọng trong viêc nâng cao sản xuất, nâng cao giá trị sản phẩm và hạ giá thành sản phẩm. Xem xét nghiên cứu các công nghệ cắt kim loại tấm bằng nhiệt khí nói trên, đối chiếu về vấn đề thực tế về thiết bị và công nghệ chế tạo cơ khí của nước ta hiện nay thấy phương pháp cắt kim loại bằng tia Plasma có những đặc điểm có thể ứng dụng phù hợp.
+ Vùng giữa Anốt và Catốt trong hồ quang, mật độ năng lượng lên đến 106w/cm2. Đây thực chất là dòng hồ quang nén với tốc độ chảy của khí Plasma đạt đến tốc độ âm thanh.
+ Kỹ thuật plasma kèm theo phản ứng hóa học vì vậy có thể cắt được kim loại màu, thép hợp kim mà không thíc hợp với cắt ô-xy.
+ Có thể thực hiện những đường cắt chất lượng cao đối với kim loại nhôm (với bề dày đến 150mm với tốc độ 3mm/s) thép không rỉ (cho đến 100mm tốc độ cắt 3mm/s) mà các phương pháp khác không thể cắt được hoặc rất khó khăn.
+ Thời gian nung nóng vật liệu ngắn do đó có thể giảm vùng ảnh hưởng nhiệt và biến dạng kim loại ít hơn so với cắt bằng ô-xy.
+ Tốc độ cắt nhanh nhất là đối với thép Các bon có chiều dày bé hơn 13mm do đó có thể bù trừ cho chi phí của thiết bị plasma.
+ Vùng tương tác vùng ảnh hưởng nhiệt, bề rộng mạch cắt nhỏ hơn so với cắt bằng ô-xy.
+ Công nghệ gia công tương đối đơn giản, có thể cắt bằng tay, cơ khí hóa. Nhưng thông thường được sử dụng trên máy tự động với bộ điều khiển CNC.
+ Tăng đáng kể chất lượng của vật liệu và sản phẩm, tăng năng suất lao động, tạo được các bề mặt của chi tiết và sản phẩm có tính chất định trước.
+ Giảm chi phí lao động của các quá trình công nghệ.
+ Cải thiện điều kiện lao động và giảm bớt lao động thủ công.
+ Cắt plasma đucợ sử dụng rộng rãi trong các xưởng chế tạo phôi, gia công các chi tiết máy nhất là gia công phôi tấm.
Bảng 1.1 Độ rộng vết cắt và độ sâu vùng AHN khi cắt các bon thấp (bằng các phương pháp khác nhau) Phương pháp cắt Độ rộng vết cắt mm, ở các độ dày mm Độ sâu vùng ảnh hưởng nhiệt, mm ở các độ dày mm 10 6 3 10 6 3 Laser 0.4 0.3 0.3 0.075 0.05 0.05 Ô xy a xêtylen 1 0.9 0.7 0.8 0.6 0.5 Plasma 3.2 3.2 3.2 0.5 0.4 0.3
Việc phát triển công nghệ cắt kim loại tấm bằng tia plasma là một đòi hỏi khách quan, trong đó việc nghiên cứu ứng dụng và khai thác công nghệ cắt plasma là rất quan trọng.
1.4.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng cắt plasma thép không rỉ
- Các thông số chế độ cắt plasma : - Cường độ dòng điện I. - Áp suất khí. - Tốc độ cắt. - Chiều dày tấm - Chiều cao mỏ cắt.
- Loại béc cắt.
- Biên dạng những đường cắt. - Hướng cắt.
Khi thực hiện quá trình cắt, chúng tôi nhận thấy các thông số chiều cao mỏ cắt, hình dạng mỏ cắt, biên dạng đường cắt, hướng cắt là các yếu tố có ảnh hưởng ít đến chất lượng và hiệu quả sản phẩm sau khi cắt. Về mặt khoa học thì tất cả các yếu tố này đều ảnh hưởng đến quá trình cắt, tuy nhiên khi sử dụng máy cắt tự động với các đồ gá thích hợp thì nhửng thông số này hầu như không ảnh hưởng đến chất lượng quá trình cắt .
- Chất lượng quá trình cắt plasma được đặc trưng bởi - Độ nhám bề mặt cắt
- Độ vuông góc của rãnh cắt. - Bề rộng rãnh cắt.
- Kích thước vùng ảnh hưởng nhiệt
Khi thực hiện quá trình cắt, chúng tôi nhận thấy các thông số chiều cao mỏ cắt, hình dạng mỏ cắt, biên dạng đường cắt, hướng cắt là các yếu tố có ảnh hưởng ít đến chất lượng và hiệu quả sản phẩm sau khi cắt. Về mặt khoa học thì tất cả các yếu tố này đều ảnh hưởng đến quá trình cắt, tuy nhiên trong ph ạm vi nghiên cứu chúng tôi không thể khảo sát toàn bộ các yếu tố được vì vậy chúng tôi chỉ tập trung nghiên cứu khảo nghiệm các thông số khi cắt thép có chiều dày 8mm như sau:
Cường độ dòng điện và điện áp tương ứng thiết bị nghiên cứu: 60A – 104V, 70A – 108V, 80A – 112V. 90A – 116V
Chƣơng 2