Cắt ống bằng laser: Hướng dẫn đầy đủ

1.0Cắt ống bằng laser là gì?

Cắt ống bằng laser là một quy trình chế tạo sử dụng công nghệ laser để cắt ống thành các chiều dài cụ thể hoặc để khắc các mẫu chi tiết. So với các phương pháp truyền thống như cưa hoặc khoan thủ công, quy trình tự động này nhanh hơn và chính xác hơn đáng kể.

Cắt laser đã trở thành một kỹ thuật được áp dụng rộng rãi trong sản xuất toàn cầu. Nó cho phép cắt các ống tròn, vuông, chữ nhật và hình dạng tùy chỉnh chất lượng cao, độ chính xác cao, mang lại một số lợi thế chính:

• Hoạt động nhanh chóng và chính xác: Có khả năng xử lý hiệu quả các ống có kích thước lớn
• Độ chính xác cao: Dễ dàng xử lý hình học phức tạp
• Tiền xử lý hoặc hậu xử lý tối thiểu: Không cần hàn, mài hoặc đánh bóng

Mặc dù cắt laser ống được áp dụng muộn hơn so với cắt laser tấm phẳng, nhưng nó đã được sử dụng ngày càng nhiều trong những năm gần đây. Trong quá trình này, một chùm tia laser công suất cao được chiếu vào bề mặt của ống, làm tan chảy hoặc bốc hơi vật liệu để tạo ra một vết cắt sạch. Chuyển động của cả chùm tia laser và ống đều được điều khiển bằng máy tính, đảm bảo định hình chính xác. Hệ thống thường bao gồm một máy phát laser, một bộ cộng hưởng và một đầu cắt điều khiển chuyển động tích hợp.

Các loại ống tương thích:

Quy trình này hỗ trợ nhiều loại vật liệu và hình dạng, bao gồm ống tròn, vuông và chữ nhật, cũng như sắt góc, phần kênh và đùn tùy chỉnh. Ống thường dài từ 20 đến 24 feet, với đường kính từ 1 đến 8 inch. Một số hệ thống tiên tiến có thể xử lý đường kính lên đến 14 inch. Hầu hết các máy đều được trang bị bộ nạp tự động hoặc bán tự động để xử lý vật liệu hiệu quả.

Ống được kẹp, xoay và di chuyển theo chiều ngang trong quá trình cắt. Có thể thực hiện cắt nhiều góc để đạt được hình dạng chính xác. Lập trình đúng cách là điều cần thiết để đảm bảo chất lượng và hiệu quả trong suốt quá trình vận hành.

Các loại máy cắt ống bằng laser:

• Hệ thống cắt laser 2 trục: Cung cấp khả năng cắt hai chiều, lý tưởng cho các đường cắt dài và kết nối cơ bản.
• Hệ thống cắt laser 3 trục: Cung cấp khả năng ba chiều, cho phép cắt vát và cắt góc cho các ứng dụng phức tạp hơn.

2.0Quá trình cắt ống bằng laser diễn ra như thế nào

Cắt ống bằng laser được thực hiện bằng thiết bị CNC chính xác. Quy trình này bao gồm việc hướng một chùm tia laser công suất cao vào bề mặt của ống. Chùm tia được tập trung chính xác vào vật liệu, cho phép cắt chính xác. Trong quá trình cắt, năng lượng laser mạnh làm bốc hơi kim loại tại điểm tiếp xúc và các khí hỗ trợ thổi bay vật liệu bốc hơi khỏi mép cắt. Điều này tạo ra các đường cắt sạch, chính xác với nhu cầu xử lý thứ cấp tối thiểu.

Quy trình cắt ống bằng laser:

1. Tải vật liệu: Các ống—tròn, vuông, bầu dục và các loại khác—được nạp vào máy theo cách thủ công hoặc thông qua bộ nạp tự động. Sau đó, mâm cặp kẹp và căn chỉnh vật liệu.
2. Vị trí và căn giữa: Hệ thống thị giác hoặc cảm biến xác định vị trí của ống. Mâm cặp quay điều chỉnh góc để căn chỉnh chính xác điểm bắt đầu.
3. Đầu vào chương trình và tạo đường dẫn:Đường cắt được tạo ra bằng cách nhập tệp CAD/CAM hoặc thông qua phần mềm lồng nhau. Hệ thống tự động tính toán các giao điểm, góc vát và đường viền phức tạp.
4. Phát xạ và hội tụ tia laser: Nguồn laser (thường là laser sợi quang) phát ra chùm tia năng lượng cao. Một thấu kính hội tụ tập trung chùm tia vào một điểm nhỏ để truyền nhiệt chính xác tại điểm cắt.
5. Sự nóng chảy và bay hơi của vật liệu: Tia laser nhanh chóng làm tăng nhiệt độ tại chỗ lên hàng nghìn độ C, làm tan chảy hoặc bốc hơi vật liệu để tạo thành một đường cắt.
6. Hỗ trợ đẩy khí: Các loại khí có áp suất cao (như nitơ, oxy hoặc không khí) đẩy vật liệu nóng chảy ra ngoài và giúp làm mát vùng cắt, tạo ra các cạnh nhẵn.
7. Thực hiện cắt laser: Đầu laser di chuyển dọc theo trục X/Y/Z, trong khi mâm cặp xoay ống. Điều khiển đa trục cho phép cắt 3D ở nhiều góc độ khác nhau, bao gồm giao điểm và vát.
8. Phân tách và lập hồ sơ tự động: Hệ thống thực hiện các nhiệm vụ như cắt lỗ, vát mép, tạo ổ cắm, khe đuôi én, v.v. Các tính năng nâng cao như cắt ruồi và cắt đường chung giúp tối ưu hóa quy trình.
9. Tự động dỡ hàng và phân loại: Các bộ phận hoàn thiện được tự động dỡ xuống thông qua băng tải. Một số hệ thống cũng hỗ trợ phân loại theo chiều dài hoặc hình dạng.
10. Hậu xử lý (Tùy chọn): Có thể áp dụng các hoạt động phụ như loại bỏ bavia, làm sạch hoặc chuẩn bị mối hàn nếu cần.

3.0Các loại máy cắt ống laser

3.1Theo loại nguồn laser:

• Máy cắt Laser sợi quang: Hiệu suất năng lượng cao và ít bảo trì; lý tưởng để cắt thép không gỉ, thép cacbon và nhiều loại kim loại khác.
• Máy cắt laser CO₂: Thích hợp để cắt các vật liệu dày hơn. Với bước sóng dài hơn, nó hoạt động tốt hơn trên các vật liệu không phải kim loại nhưng đòi hỏi bảo trì phức tạp hơn.
• Máy cắt laser đĩa: Cung cấp chất lượng chùm tia tuyệt vời, lý tưởng cho quá trình xử lý có độ chính xác cao; thường có giá thành cao hơn.

3.2Theo số lượng trục được điều khiển:

• Máy cắt laser 3 trục: Được thiết kế để cắt mặt phẳng 2D và đường viền cơ bản.
• Máy cắt laser 5 trục: Đầu laser có thể nghiêng và xoay, cho phép thực hiện các đường cắt giao nhau 3D phức tạp, chẳng hạn như các đường cắt cần thiết cho ống có hình dạng.
• Máy cắt laser đa trục: Kết hợp thêm nhiều mức độ tự do để xử lý các hoạt động cắt phức tạp và chính xác hơn.

3.3Theo Cấu hình Cắt:

• Máy Laser xoay ống cố định: Ống vẫn đứng yên trong khi đầu laser quay xung quanh ống để cắt.
• Máy ống quay laser cố định: Đầu laser vẫn cố định; ống được quay bằng mâm cặp để thực hiện thao tác cắt.
• Máy cắt lai: Kết hợp điều khiển quay và đa trục để có khả năng cắt 3D tiên tiến.

3.4Theo loại ống tương thích:

• Máy cắt laser ống tròn: Được thiết kế chuyên dụng để gia công ống tròn.
• Máy cắt laser ống vuông, chữ nhật và hình dạng: Phù hợp với ống vuông, hình chữ nhật và ống có hình dạng không đều.
• Máy cắt laser đa chức năng: Có khả năng xử lý nhiều hình dạng và kích thước ống trong một hệ thống duy nhất.

3.5Theo mức độ tự động hóa:

• Máy cắt laser thủ công: Phù hợp cho sản xuất hàng loạt nhỏ hoặc tạo mẫu.
• Máy cắt laser bán tự động: Cung cấp khả năng tự động hóa một phần để cải thiện năng suất.
• Máy cắt laser hoàn toàn tự động: Bao gồm chức năng nạp, lập trình, cắt và dỡ hàng tự động; lý tưởng cho sản xuất quy mô lớn.

3.6Theo loại Laser:

• Laser sợi quang: Nguồn laser được sử dụng rộng rãi nhất, tương thích với nhiều vật liệu khác nhau.
• Tia laser CO₂: Có hiệu quả khi cắt các vật liệu chuyên dụng như titan; cung cấp khả năng bảo vệ khí mạnh hơn và thường được dùng để nâng cấp hệ thống plasma.

4.0Máy cắt laser sợi quang là gì?

Nguyên lý hoạt động:

Laser sợi quang sử dụng sợi quang pha tạp ytterbium làm môi trường khuếch đại laser. Chùm tia laser được truyền qua sợi quang đến đầu cắt, tại đó chùm tia được hội tụ vào một điểm có mật độ cao bằng thấu kính hội tụ. Điều này cho phép cắt hiệu quả và chính xác.

Thuận lợi:

• Hiệu suất năng lượng cao (tỷ lệ chuyển đổi quang sang điện trên 30%), giúp tiết kiệm năng lượng và thân thiện với môi trường.
• Cấu trúc nhỏ gọn và diện tích chiếm dụng nhỏ; yêu cầu bảo trì thấp.
• Bước sóng ngắn (~1070 nm) có khả năng hấp thụ cao trong vật liệu kim loại, đặc biệt hiệu quả đối với thép không gỉ, thép cacbon, đồng và nhôm.
• Mang lại chất lượng cắt cao với các cạnh mịn, vùng ảnh hưởng nhiệt tối thiểu và độ biến dạng thấp.
• Khởi động nhanh và thời gian phản hồi ngắn; phù hợp cho sản xuất tự động.
• Tuổi thọ cao—nguồn laser sợi quang có thể hoạt động trong hàng chục nghìn giờ.

Nhược điểm:

• Khả năng cắt vật liệu phi kim loại bị hạn chế.
• Chi phí tương đối cao, đặc biệt đối với các mẫu máy có công suất lớn.

Ứng dụng:

Lý tưởng để cắt chính xác các tấm kim loại mỏng và ống làm bằng thép không gỉ, thép cacbon, thép hợp kim, nhôm và hợp kim đồng. Thường được sử dụng trong các ngành sản xuất công nghiệp, ô tô, điện tử và thiết bị y tế.

5.0Máy cắt laser CO₂ là gì?

Nguyên lý hoạt động:

Máy cắt laser CO₂ sử dụng khí carbon dioxide làm môi trường laser. Tia laser được tạo ra bên trong ống phóng điện và hướng về vật liệu thông qua một loạt gương và thấu kính hội tụ để thực hiện cắt.

Thuận lợi:

• Bước sóng dài hơn (~10,6 μm) cho phép cắt cả kim loại và phi kim loại như nhựa, gỗ và thủy tinh.
• Có nhiều độ dày cắt khác nhau, đặc biệt hiệu quả đối với các tấm dày.
• Công nghệ hoàn thiện và ổn định với hiệu suất đáng tin cậy.
• Chi phí ban đầu thấp hơn so với hệ thống laser sợi quang.

Nhược điểm:

• Hiệu suất năng lượng thấp hơn (thường vào khoảng 10–15%), dẫn đến mức tiêu thụ điện năng cao hơn.
• Sự truyền laser dựa vào môi trường khí và gương, đòi hỏi bảo trì phức tạp hơn và nhạy cảm hơn với điều kiện môi trường.
• Kích thước máy cồng kềnh với cấu trúc phức tạp hơn, đòi hỏi nhiều diện tích sàn hơn.
• Ít hiệu quả hơn đối với các vật liệu có độ phản chiếu cao như đồng và nhôm.
• Vùng chịu ảnh hưởng nhiệt lớn hơn và nguy cơ biến dạng vật liệu cao hơn.

Ứng dụng:

Thích hợp để cắt thép cacbon, thép không gỉ dày, nhựa, gỗ, vải và các vật liệu khác. Được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp biển báo, bao bì, sản xuất đồ nội thất và chế biến khuôn mẫu.

6.0So sánh: Máy cắt Laser Fiber so với Máy cắt Laser CO₂

7.0Dung sai cho việc cắt ống bằng tia laser là bao nhiêu?

Cắt laser ống gặp nhiều thách thức hơn so với cắt tấm phẳng. Các vật liệu như ống, sắt góc và các phần kênh thường bị cong hoặc xoắn, có thể làm phức tạp việc cắt chính xác.

Hầu hết các hệ thống laser ống có khả năng duy trì dung sai cắt xung quanh ±0,010 inch (±0,25 mm). Để đạt được mức độ chính xác này, nhiều máy móc sử dụng công nghệ thăm dò tiếp xúc để phát hiện vị trí và hình dạng chính xác của ống trước khi cắt. Mặc dù điều này cải thiện độ chính xác nhưng có thể làm giảm tốc độ cắt.

Ngược lại, cắt laser tấm phẳng thường đạt được dung sai chặt chẽ hơn ±0,005 inch (±0,13 mm). Tuy nhiên, ±0,010 inch vẫn được coi là dung sai chặt chẽ đối với quá trình gia công ống và mang lại lợi thế về độ chính xác đáng kể so với các phương pháp truyền thống như cưa và khoan.

8.0Máy cắt laser ống hỗ trợ phần mềm và định dạng tệp nào?

Máy cắt laser ống thường được trang bị phần mềm lập trình chuyên dụng và giao diện CAD/CAM giúp hợp lý hóa quy trình từ thiết kế đến sản xuất. Các định dạng tệp được hỗ trợ phổ biến bao gồm:

• .STP— Tiêu chuẩn trao đổi dữ liệu mô hình 3D
• .IGS— Được sử dụng để chia sẻ hình học 3D trên nhiều nền tảng
• .X_T— Chứa dữ liệu hình học chính xác cho các bộ phận phức tạp
• .IFC— Định dạng dữ liệu mở được sử dụng rộng rãi trong các dự án xây dựng và kỹ thuật

9.0Các thương hiệu hàng đầu của máy cắt ống laser

Một số thương hiệu hàng đầu được công nhận về tính sáng tạo, chất lượng máy móc và sự hài lòng của khách hàng trên thị trường cắt ống laser. Bao gồm:

• TRUMPF– Nổi tiếng với công nghệ cắt laser có độ chính xác cao.
• Bystronic– Cung cấp thiết bị hiệu quả và đáng tin cậy.
• Amada– Nổi tiếng với dịch vụ hỗ trợ kỹ thuật mạnh mẽ và thiết kế sáng tạo.
• Mazak– Tiên tiến trong tự động hóa và tích hợp hệ thống.
• Tập đoàn BLM– Chuyên cung cấp giải pháp laser cho gia công ống.
• Máy móc ALEKVS– Cung cấp hệ thống cắt ống hiệu quả và tiết kiệm chi phí.

Các yếu tố chính cần xem xét khi chọn máy cắt ống bằng laser:

Loại vật liệu: Các vật liệu khác nhau có thể yêu cầu công nghệ laser cụ thể (ví dụ: sợi quang so với CO₂).

Đường kính ống và độ dày thành ống: Khả năng cắt phải phù hợp với kích thước ống và độ dày theo yêu cầu của ứng dụng.

10.0Sự khác biệt giữa máy cắt laser ống và máy cắt laser phẳng

Trong khi một số máy cắt laser phẳng đi kèm với các mô-đun bổ sung để xử lý ống, chúng thường yêu cầu thời gian thiết lập kéo dài để chuyển đổi giữa các hoạt động tấm và ống. Trong hầu hết các trường hợp, chúng chỉ hỗ trợ cắt 2D cơ bản. Nhiều cửa hàng tuyên bố có khả năng cắt ống, nhưng hiệu suất thực tế của chúng thường bị hạn chế.

Máy cắt ống laser, mặt khác, được thiết kế đặc biệt để xử lý vật liệu dài. Những máy này có khả năng xử lý ống tiêu chuẩn 20 feet hoặc 24 feet—chẳng hạn như ống vuông 2,0×2,0×0,125 inch (khoảng 50×50×3 mm)—và hỗ trợ tải tuần tự tự động từ hàng tồn kho đóng gói, cải thiện đáng kể hiệu quả sản xuất. Ngược lại, laser phẳng thường dựa vào tải thủ công khi xử lý ống, hạn chế khả năng hoạt động liên tục, khối lượng lớn của chúng.

Về kích thước cắt, laser phẳng bị hạn chế bởi kích thước giường, thường cho phép cắt tối đa chiều dài dưới 10 feet (khoảng 3 mét). Tuy nhiên, tia laser ống thường được trang bị để cắt ống và các hình dạng lên đến 20 feet hoặc hơn về chiều dài.

Về mặt hiệu quả, tia laser ống có thể lồng nhiều phần dọc theo một đoạn dài 20 feet, tương tự như việc lồng ghép một phần trên tấm kim loại 4×10 foot trong hệ thống phẳng. Laser phẳng không phù hợp để đạt được mức hiệu quả lồng ghép này trong các ứng dụng ống.

Hơn nữa, máy laser ống thường hỗ trợ Cắt 3D 4 trục hoặc 5 trục, giúp chúng có khả năng xử lý nhiều loại cấu trúc khác nhau—bao gồm sắt góc, thép kênh và dầm chữ I. Những máy này cũng có thể thực hiện cắt vát, cho phép các bộ phận được sẵn sàng hàn ngay sau khi cắt, không cần mài hoặc chuẩn bị cạnh thêm.

Ngược lại, laser phẳng bị giới hạn ở Cắt 2D theo trục X và Ykhiến chúng không phù hợp cho công việc tạo hình ống và hình dạng 3D phức tạp.

11.0Cắt ống thép bằng tia laser: Sợi hay CO₂?

Ưu điểm của cắt laser sợi quang:

• Tiêu thụ điện năng thấp: Hệ thống laser sợi quang tiêu thụ ít năng lượng hơn, giúp giảm chi phí vận hành.
• Bảo trì tối thiểu: Nguồn laser sợi quang hầu như không cần bảo trì, giúp giảm thời gian chết và chi phí bảo trì.
• Tốc độ cắt cao: Máy cắt laser sợi quang cung cấp tốc độ cắt cực nhanh, giúp tăng hiệu quả sản xuất.
• Khả năng tương thích kim loại rộng: Có khả năng cắt nhiều loại kim loại, bao gồm đồng, đồng thau và hợp kim kim loại.
• Khả năng tập trung tuyệt vời: Tia laser sợi quang tập trung chùm tia vào một điểm có kích thước nhỏ hơn, cho phép cắt chính xác hơn và tăng cường tính ổn định của hệ thống.

Ứng dụng phù hợp để cắt laser CO₂:

Mặc dù tia laser CO₂ được coi là nguồn năng lượng thấp hơn nhưng chúng vẫn là giải pháp thay thế khả thi, đặc biệt là đối với:

• Cắt ống dày: Tia laser CO₂ có lợi thế đối với các ống thép dày hơn 4 đến 5 mm.
• Ống thép cacbon thấp: Thích hợp cho các ứng dụng liên quan đến cắt ống thép carbon thấp.

12.0Làm thế nào để chọn được máy cắt ống laser tốt?

Làm thế nào để bạn chọn đúng máy cắt ống laser từ rất nhiều thương hiệu và mẫu mã?

12.1Ưu tiên Laser sợi quang hơn Laser CO₂:

Máy cắt laser ống hiện đại chủ yếu sử dụng laser sợi quang. So với laser CO₂ truyền thống, laser sợi quang có một số ưu điểm:

• Hiệu quả cắt cao hơn: Laser sợi quang hoạt động ở bước sóng ngắn hơn và sử dụng năng lượng tốt hơn.
• Chi phí bảo trì thấp hơn: Không cần gương đắt tiền hoặc khí CO₂.
• Khả năng tương thích với nhiều vật liệu hơn: Đặc biệt phù hợp với thép cacbon, thép không gỉ và hợp kim nhôm.
  Khuyến nghị: Trừ khi bạn có nhu cầu cắt phi kim loại cụ thể, hãy chọn máy cắt laser sợi quang làm lựa chọn đầu tiên.

12.2Tìm kiếm Khả năng cắt “Zero-Tail” — Chìa khóa để giảm chi phí và hiệu quả:

Các phương pháp cắt truyền thống thường để lại 50–200 mm phế liệu ở đuôi ống. Các máy móc hiện đại, thông qua cấu trúc mâm cặp được tối ưu hóa và hệ thống điều khiển chuyển động, có thể đạt được:

• Chất thải đuôi ≤30 mm, hoặc thậm chí đúng cắt đuôi bằng không.
• Tiết kiệm 5–10% vật liệu cho mỗi ống, đặc biệt có lợi khi sản xuất khối lượng lớn.
  Các triển khai phổ biến:
• Cấu trúc nổi/theo dõi có mâm cặp kép
• Cắt bay (cắt trên không)
• Điều chỉnh độ dài kẹp động

Mẹo: Nếu doanh nghiệp của bạn tiêu thụ lượng ống lớn hàng năm, chức năng không đuôi có thể giúp giảm đáng kể chi phí vật liệu.

12.3Đánh giá khả năng tương thích của ống dựa trên khả năng xử lý:

Máy cắt ống laser hỗ trợ nhiều loại vật liệu khác nhau. Trước khi mua, hãy làm rõ nhu cầu sản xuất của bạn.

12.4Độ chính xác cắt và chất lượng cạnh: Chìa khóa để lắp ráp và hàn:

Một máy cắt laser chất lượng không chỉ phải nhanh mà còn phải chính xác và sạch sẽ:

• Độ chính xác định vị lại: ≤±0.03 mm
• Chiều rộng rãnh: 0,2–0,5 mm
• Chất lượng cạnh: Không có gờ và không có vết cháy hoặc oxy hóa, cho phép hàn hoặc lắp ráp trực tiếp
• Khả năng cắt vát (ví dụ: 45°): Cho phép lắp ống chặt hơn để hàn

12.5Mức độ tự động hóa quyết định hiệu quả và chi phí lao động:

Máy cắt ống laser có chức năng nạp/dỡ tự động và tính năng gia công thông minh có thể nâng cao đáng kể năng suất và giảm nhu cầu lao động:

12.6Phần mềm và hệ thống điều khiển có thông minh và dễ sử dụng không?

Chọn hệ thống hỗ trợ nhập CAD/CAM trực tiếp và phân tích mô hình 3D để đơn giản hóa quy trình làm việc:

• Tự động nhận dạng hình dạng và kích thước của bộ phận
• Hỗ trợ các định dạng phổ biến (.dxf, .stp, .igs)
• Bao gồm tối ưu hóa chia sẻ cạnh và nhận dạng lỗ liên kết
• Liên kết thông minh giữa công suất laser và tốc độ cắt

13.0Tại sao nên chọn cắt ống bằng laser?

Ống kim loại tiết kiệm chi phí và có cấu trúc chắc chắn, đặc biệt khi so sánh với các thành phần tương tự được sản xuất thông qua gia công CNC. Tuy nhiên, quá trình gia công ống truyền thống đặt ra một số thách thức—thường đòi hỏi lao động thủ công chuyên sâu và khó thực hiện với độ chính xác cao. Các hoạt động như khoan ống thép dày, cắt góc chính xác hoặc gia công các đặc điểm không tròn có thể tốn thời gian và độ chính xác hạn chế.

Cắt ống bằng laser giải quyết hiệu quả các vấn đề này. Các hệ thống hiện đại có thể cắt các hình dạng cực kỳ phức tạp với dung sai trong phạm vi phần nghìn inch, đồng thời hỗ trợ cắt vát. Các bộ phận cắt được thiết kế tốt có thể tự cố định, cải thiện hiệu quả của các quy trình lắp ráp và hàn tiếp theo.

Nói như vậy, máy cắt ống laser là khoản đầu tư đáng kể, thường tốn tới hàng triệu đô la. Chúng phù hợp nhất cho sản xuất khối lượng lớn ở cấp độ doanh nghiệp. Đối với các công việc khối lượng thấp, thời gian ngừng máy có thể tốn kém, vì vậy các quyết định đầu tư nên cân nhắc cẩn thận nhu cầu sản xuất so với chi phí vốn.

14.0Ưu điểm của phương pháp cắt ống bằng laser so với các phương pháp cắt khác

Cắt ống bằng laser sử dụng chùm tia laser công suất cao tập trung vào bề mặt vật liệu để thực hiện các đường cắt chính xác. So với các phương pháp cắt truyền thống và thay thế, phương pháp này có những ưu điểm sau:

• Cưa cơ khí:
  Độ chính xác thấp hơn, các cạnh thô cần xử lý sau; tốc độ cắt chậm hơn; tốn nhiều công sức với hiệu quả thấp; hạn chế trong việc tạo ra các hình dạng phức tạp hoặc các đường cắt góc cạnh.
• Cắt Plasma:
  Hiệu quả khi cắt vật liệu kim loại dày ở tốc độ cao; tuy nhiên, nó tạo ra vùng chịu nhiệt rộng và các cạnh cắt thô cần hoàn thiện thứ cấp. Độ chính xác thấp hơn cắt laser, khiến nó không phù hợp với các bộ phận tinh xảo hoặc phức tạp.
• Cắt bằng tia nước:
  Có khả năng cắt nhiều loại vật liệu, cả kim loại và phi kim loại; tạo ra các cạnh mịn không có vùng bị ảnh hưởng bởi nhiệt. Tuy nhiên, hệ thống tia nước đắt hơn để mua và bảo trì, hoạt động ở tốc độ chậm hơn laser và không lý tưởng cho ống rất mỏng hoặc chính xác.
• Cắt Laser Tấm Phẳng:
  Cung cấp độ chính xác cao và cắt sạch cho vật liệu phẳng. Tuy nhiên, việc cắt các phần ống thường yêu cầu tải thủ công và hệ thống bị giới hạn ở các vết cắt 2D—làm cho nó không phù hợp với các cấu hình 3D hoặc hoạt động nhiều góc.
• Cắt ống bằng tia laser:
  Độ chính xác cao (±0,010 inch), các cạnh sạch không cần xử lý thứ cấp; hỗ trợ hình học 3D phức tạp và cắt vát nhiều góc; có tính năng nạp tự động cho ống dài và lý tưởng cho sản xuất hàng loạt. Mặc dù thiết bị đắt tiền, nhưng nó rất phù hợp để sử dụng trong công nghiệp, có thể mở rộng quy mô.

15.0Hình dạng vật liệu được hỗ trợ bởi hệ thống cắt laser ống

Máy cắt laser ống không chỉ giới hạn ở các ống tiêu chuẩn và cấu trúc. Chúng có khả năng xử lý nhiều hình dạng khác nhau, bao gồm:

• Ống tròn, ống vuông, ống chữ nhật và ống hình bầu dục
• Sắt góc, thép hình, dầm chữ I và các cấu hình tiêu chuẩn khác
• Các sản phẩm đùn tùy chỉnh có hình dạng đặc biệt như phần hình thang, hình chữ Z hoặc hình chữ C
• Ống thép kết cấu và mặt cắt ngang phức tạp
• Ống đa giác và các hình dạng ống không chuẩn khác

Máy laser ống tiên tiến cũng hỗ trợ cắt 3D đa trục. Điều này cho phép thực hiện các thao tác chính xác như vát, vát cạnh, khoét lỗ và đường viền phức tạp. Do đó, cắt laser ống được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp bao gồm sản xuất máy móc, ô tô, hàng không vũ trụ và xây dựng kết cấu.

16.0Ưu điểm và hạn chế của việc cắt ống bằng laser

Ưu điểm của việc cắt ống bằng laser:

• Quy trình làm việc tự động hóa một phần đến hoàn toàn: Cho phép sản lượng cao và cải thiện đáng kể hiệu quả sản xuất.
• Giảm thiểu chất thải vật liệu: Việc sử dụng vật liệu được tối ưu hóa, hầu như không có phế liệu.
• Cắt có độ chính xác cao: Mang lại những đường cắt sạch, phức tạp và có thể lặp lại với chất lượng cạnh tuyệt vời.
• Khả năng tương thích vật liệu rộng: Phù hợp với hầu hết các loại kim loại.
• Kích thước ống mềm: Xử lý hiệu quả hầu hết các ống có chiều dài và đường kính lên tới 6 inch.

Hạn chế hoặc thách thức của việc cắt ống bằng laser:

• Sự đổi màu ở mép: Một số vật liệu có thể bị đổi màu nhẹ do nhiệt hoặc có hiệu ứng quầng sáng gần mép cắt, thường do tấm chắn bắn tóe hoặc khí hỗ trợ quá nhiều.
• Dấu hiệu vào và ra: Các điểm vào và ra có thể dẫn đến những điểm không đồng đều nhỏ hoặc độ hoàn thiện cạnh không đồng nhất.
• Giới hạn độ dày thành: Phù hợp nhất với vật liệu có thành mỏng, thường có độ dày dưới 0,500″ đến 1,000″.

17.0Các tính năng chính của phần mềm cắt laser ống là gì?

• Tự động lồng nhau: Tự động sắp xếp đường cắt dựa trên chiều dài ống và kích thước bộ phận để tối đa hóa việc sử dụng vật liệu và giảm thiểu chất thải.
• Cắt đường chung / Cắt cạnh chung: Chia sẻ các cạnh cắt khi cắt nhiều bộ phận, giảm thời gian cắt và mức tiêu thụ năng lượng laser, cải thiện hiệu quả.
• Lập kế hoạch đường dẫn đa trục: Hỗ trợ điều khiển liên kết 3 trục, 4 trục và 5 trục để tạo ra các đường cắt 3D phức tạp như vát, vát cạnh và cắt giao nhau.
• Quản lý cơ sở dữ liệu vật liệu: Lưu trữ các thông số cắt cho các vật liệu khác nhau (công suất laser, tốc độ cắt, loại khí, v.v.) để truy xuất và điều chỉnh nhanh chóng.
• Mô phỏng đường cắt: Cung cấp mô phỏng 3D quá trình cắt để phát hiện xung đột đường đi và các vấn đề gia công tiềm ẩn trước.
• Quản lý phế liệu: Xác định thông minh các khu vực phế liệu, tối ưu hóa bố cục bộ phận và giảm thiểu lãng phí vật liệu.
• Hiệu chuẩn kích thước tự động: Tự động điều chỉnh chương trình cắt theo độ lệch kích thước ống thực tế để đảm bảo độ chính xác gia công.
• Tích hợp CAD/CAM: Nhập trực tiếp các tệp thiết kế CAD (ví dụ: định dạng .STP, .IGS) để tự động tạo chương trình cắt.
• Giám sát và chẩn đoán từ xa: Theo dõi tình trạng thiết bị theo thời gian thực, đưa ra chẩn đoán lỗi và cảnh báo bảo trì.

18.0Cắt laser ống thúc đẩy sự đổi mới trong thiết kế và quy trình sản xuất như thế nào?

Nhiều kỹ sư đang nhận ra tiềm năng của việc cắt ống bằng laser. Trước đây, một số hình dạng và kích thước nhất định đã bị loại trừ do chi phí cao hoặc khó khăn trong sản xuất. Bây giờ, các hình học này đã trở nên khả thi và dễ tiếp cận hơn. Theo truyền thống, việc cắt rãnh ống dựa vào gia công cơ học, nhưng ngày nay, việc cắt rãnh trên ống và các cấu hình khác đã trở nên đơn giản.

Những cải tiến thiết kế được hỗ trợ bởi tia laser ống:
Khi thiết kế các bộ phận, việc xem xét khả năng cắt laser ống sẽ mở ra những khả năng mới và mở rộng sự tự do trong thiết kế. Quan trọng hơn, nó cho phép tối ưu hóa các quy trình sản xuất hạ nguồn.

Hạn chế của phương pháp cắt truyền thống:
Việc cắt ống và hồ sơ theo phương pháp truyền thống thường phụ thuộc vào máy cưa, có tốc độ cắt chậm và độ chính xác kém. Chỉ riêng tốc độ chậm đã là vấn đề, nhưng độ chính xác kém có thể gây ra nhiều vấn đề hơn nữa trong các bước sản xuất tiếp theo.

Trường hợp ví dụ:
Lấy một ống vuông 2,0 x 2,0 x 0,125 inch làm ví dụ. Giả sử bạn cần chế tạo một khung hình chữ nhật đơn giản 3 feet x 6 feet. Trước đây, một cửa hàng thông thường sẽ cắt ống thành bốn mảnh góc 45 độ bằng cưa. Việc di chuyển, đo đạc và thiết lập cưa để cắt chính xác 45 độ rất tốn thời gian và thường không chính xác.

Ứng dụng của cắt ống bằng laser

Sự phát triển của công nghệ cắt ống laser trải dài trên nhiều thị trường và ngành công nghiệp. Các phương pháp gia công và cắt ống kim loại rất đa dạng, với các hoạt động chung bao gồm đục lỗ, xẻ rãnh và cắt đầu. Các quy trình này thường được kết hợp với việc ghép nối với các ống hoặc vật liệu tấm khác.

Ứng dụng của công nghệ cắt ống bằng laser:
Máy cắt ống laser được thiết kế để cắt chính xác nhiều loại kim loại và một số vật liệu phi kim loại, bao gồm thép không gỉ, thép, nhôm, đồng, đồng thau và đồng. Công nghệ này được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, chủ yếu để sản xuất các thành phần tùy chỉnh. Các ngành công nghiệp phổ biến bao gồm:

• Kỹ thuật kết cấu
• Chế tạo
• Ô tô
• Hàng không vũ trụ
• Phòng thủ

Các trường hợp sử dụng điển hình:

• Chiếu sáng: Chế tạo đồ chiếu sáng và giá đỡ theo yêu cầu.
• Cấu trúc ống: Sản xuất khung ống phục vụ xây dựng và ứng dụng công nghiệp.
• Hệ thống xả: Cắt ống cho hệ thống ống xả ô tô và máy móc.
• Các thành phần của máy bay: Cung cấp dịch vụ cắt chính xác cao cho các bộ phận hàng không vũ trụ.
• Thành phần phòng thủ: Sản xuất thiết bị quân sự và các bộ phận liên quan.

Hình dạng ống thông dụng phù hợp để cắt laser:

• Ống tròn
• Ống vuông
• Các phần góc
• Ống hình chữ nhật
• Hồ sơ chùm tia
• Hình dạng đã hình thành
• Hồ sơ đùn tùy chỉnh

Công nghệ cắt laser được sử dụng trong khoảng 90% của các ứng dụng kết cấu ống vừa và lớn. Việc áp dụng rộng rãi này là do tính linh hoạt và độ chính xác cao, đặc biệt quan trọng trong các ngành công nghiệp có yêu cầu nghiêm ngặt như sản xuất hàng không vũ trụ và ô tô. Cắt ống bằng laser không chỉ đảm bảo chất lượng cắt cao mà còn phù hợp với nhiều hình dạng và kích thước ống.

19.0Câu hỏi thường gặp: Những câu hỏi thường gặp về cắt ống bằng laser

Làm thế nào để lựa chọn giữa máy cắt laser sợi quang và máy cắt laser CO₂?

• Máy cắt Laser sợi quang: Phù hợp với kim loại có độ phản xạ thấp, mang lại hiệu quả cắt và độ chính xác cao hơn. Lý tưởng cho vật liệu mỏng với chi phí bảo trì thấp hơn.
• Máy cắt laser CO₂: Tốt hơn cho các vật liệu dày hơn, đặc biệt là thép cacbon thấp và một số vật liệu phi kim loại. Tuy nhiên, chúng có hiệu suất thấp hơn và bảo trì phức tạp hơn, khiến chúng chủ yếu phù hợp với các tấm kim loại dày hơn.

Máy cắt ống bằng laser có thể xử lý được những hình dạng ống nào?
Máy cắt ống laser có thể xử lý nhiều loại hình dạng ống khác nhau, bao gồm:

• Ống tròn, vuông và chữ nhật
• Ống hình bầu dục
• Các cấu hình đùn tùy chỉnh như các phần hình thang, hình chữ Z và hình chữ C
• Thép kết cấu như thép góc, thép hình chữ I và thép hình chữ I

Dung sai cắt điển hình của phương pháp cắt ống bằng laser là bao nhiêu?
Hầu hết các hệ thống cắt laser ống duy trì dung sai cắt khoảng ±0,010 inch (±0,25 mm)Độ chính xác này phù hợp với hầu hết các ứng dụng công nghiệp và tốt hơn đáng kể so với các phương pháp cưa và khoan truyền thống.

Ưu điểm của phương pháp cắt ống bằng laser so với phương pháp truyền thống là gì?
So với phương pháp cưa cơ học, cắt plasma hoặc cắt tia nước, phương pháp cắt ống bằng laser mang lại:

• Độ chính xác cao hơn: Đạt được độ dung sai trong phạm vi phần nghìn inch với các cạnh nhẵn không cần hoàn thiện thứ cấp.
• Khả năng cắt phức tạp: Có khả năng cắt các đường viền và góc vát 3D phức tạp để đáp ứng các yêu cầu sản xuất tinh xảo.
• Tự động hóa: Hỗ trợ nạp và xử lý tự động, giảm chi phí nhân công và tăng hiệu quả sản xuất.

Máy cắt ống laser có khó bảo trì không?

• Laser sợi quang máy cắt yêu cầu bảo trì tương đối thấp, thường giới hạn ở việc thay thế định kỳ môi trường khuếch đại laser, với tuổi thọ thiết bị dài.
• Tia laser CO₂ máy cắt sử dụng khí và gương để truyền tia laser, đòi hỏi phải bảo trì thường xuyên hơn, chi phí liên quan cao hơn và thời gian chết máy cao hơn.

Chi phí cắt ống bằng laser là bao nhiêu?
Máy cắt ống laser thường có chi phí ban đầu cao, khiến chúng phù hợp với sản xuất quy mô lớn ở cấp doanh nghiệp. Mặc dù đầu tư ban đầu, tự động hóa và độ chính xác cắt cao giúp giảm đáng kể chi phí lao động và thời gian chu kỳ sản xuất, chứng minh được việc sử dụng chúng trong sản xuất hàng loạt.

 

Tài liệu tham khảo

www.ametals.com/post/everything-you-need-to-know-about-the-tube-laser

www.oshcut.com/design-guide/tube-cutting-basics

www.allmetalsfab.com/common-questions-about-tube-lasers/

https://en.wikipedia.org/wiki/Laser_cutting

https://en.wikipedia.org/wiki/Fiber_laser