Thiết bị cắt ống – Phần II (plasma và laser)

Phần 1 nói về công nghệ cắt bằng cưa và tia nước. Phần 2 sẽ tập trung vào cắt bằng Plasma và Laser

Đối với các xưởng gia công kim loại tấm, việc tạo ra một vết cắt sẽ cần tới nhiệt, ma sát hoặc lực cắt để gia công vật liệu. Chế tạo ống có một vài thử thách hơn. Bạn phải cắt xuyên qua hai lớp thép và ở giữa là khoảng trống; quá nhiều áp lực làm biến dạng phôi; phôi có thể đứng yên hoặc xoay; và nếu biên dạng cắt là hình tròn, thì khó có thể xếp chồng các phôi lên nhau. Điều đó nói rằng, nhiều nhà sản xuất chuyên cung cấp thiết bị cắt ống, và đã tung ra các máy móc mới trong năm qua.

Plasma

Watts Specialites gần đây đã phát hành model QC 81, một máy cắt plasma chuyên cho đường ống từ 2,5mm đến 15mm.

“QC81 chủ yếu dùng để cắt coupon ,” Lars Anderson, nhà thiết kế máy cho biết. “Cho đến bây giờ các nhà chế tạo đã cắt chúng trên dây chuyền cưa hoặc máy plasma như Watts W-60, nhưng QC 81 có chế độ vát tự động, vì vậy nó sẽ vát mỗi đầu của coupon.”

Khả năng chính của máy là loại bỏ ước tính trong việc cài đặt tiêu điểm.

“Người vận hành có thể đặt tiêu điểm thành mã số nhận dạng trên ống để họ có thể cắt một độ dài chính xác,” Anderson nói. “Điều này cho phép họ gia công ống nhanh hơn nhiều so với trước đây” Đồng hồ hiển thị sẽ chỉ ra điểm cần gia công.

“Đường laser cho người vận hành biết nơi thực hiện vết cắt, dựa trên vị trí của tiêu điểm của mỏ cắt,” Anderson nói. “Nó cho phép người vận hành cắt đường ống theo độ dài anh ta muốn.”

Thiết bị có ba góc chuẩn 90, 37½ và 30⁰, được chọn bằng cách chèn ghim vào một lỗ tương ứng.

Anderson nói thêm rằng khi cảm biến của thiết bị quay quanh đường ống, nó sẽ theo dõi bề mặt của đường ống để tránh va chạm.

“Có một trục di động phía trên đầu. Nó theo dõi ống bằng cách sử dụng con lăn chịu tải bằng lo xo cho tiếp xúc với ống. Nếu phần đầu ở độ cao cố định, và mối ghép hàn của ống được đưa ra đến mức nó tiếp xúc với nhau thì đầu có thể ngưng lại hoặc dừng hoàn toàn. Con lăn làm nâng mỏ cắt lên để điều này không xảy ra. Tương tự, nó cho phép mỏ cắt theo dõi hình dạng của ống, không nhất thiết ống phải tròn hoàn hảo. ” Anderson đã đề cập rằng do ống không chuyển đông nên có thể dẫn đến việc cắt xoắn ốc.

Hình 1: Laser cho phép sử dụng các vấu đỡ và khe cắm để có thể tăng tính tiện ích và lưu động cho các quy trình hàn tiếp theo. Hình ảnh của BLM Group USA Corp, Wixom, Mich.

Anderson lưu ý rằng máy cũng phù hợp để sản xuất khối lượng ít; thêm một thiết bị đo tuyến tính cho phép người vận hành thực hiện các vết cắt với độ dài phù hợp

Laser

Máy cắt laser được chia làm hai loại: được trang bị một cái đế cho tấm kim loại hoặc chấu kẹp cho ống. Ngày nay, nhiều nhà sản xuất có cả đế và chấu kẹp cho máy cắt.

Vào năm 2010, Mazak đã giới thiệu hệ thống laser SuperTurbo-X Mark III RTC, cho phép  cắt vật liệu phẳng có kích thước lên đến 1,5m x 3m và ống tròn có đường kính lên tới 35cm. Một trục Z mở rộng 40cm để tăng tính linh hoạt  cũng như thêm một đầu cắt. Nó có sẵn bộ cộng hưởng 2.500 hoặc 4.000 W cho công suất cắt tối đa 22mm đến 25mm trên thép nhẹ.

 

BLM Group USA’s LT Combo xử lý các hình dạng ống và tấm kim loại tương tự như SuperTurbo-X Mark III RTC. Bộ nạp/điều áp đạt tiêu chuẩn xử lý chiều dài lên đến 6m; bộ tự động dỡ tải tiêu chuẩn có thể chứa vật liệu tấm dài từ 1,5m đến 3m .Và nguồn laser hữu hiệu từ 2 kW đến 4,5 kW.

AltaMAR, công ty chỉ sản xuất ống, đã chế tạo ra một hốc cho máy có đế cỡ nhỏ. Mẫu LT2024 của công ty có kích thước 60cm x 60cm có thể xử lý các tấm thép phẳng ,và các chi tiết dạng ống lên đến 50mm² và dài 3m.

Prima Power North America Inc., tập trung vào cắt đoạn phẳng và tạo ra phụ tùng cho các nhà chế tạo tấm .Để cho phép họ ứng dụng phương pháp này vào việc cắt ống bằng laser.

Một câu chuyện điển hình liên quan đến khách hàng của công ty tham giao vào  sản xuất các thanh dẫn hướng được sử dụng để bảo vệ máy tính trong xe cảnh sát và phương tiện khẩn cấp. Sau khi mua trục quay và thực hiện một số thử nghiệm, nhà chế tạo nhận ra rằng sự tiến bộ của anh ta vượt xa so với công việc trước đây anh ta làm. Anh ấy có thể cung cấp cho khách của mình một thiết kế mới linh hoạt hơn và cải tiến các sản phẩm hình ống hiện hành.

“Sự linh hoạt đã cho phép anh ấy thay đổi toàn bộ công việc kinh doanh của mình”, Michael Millette, giám đốc sản phẩm laser của Prima Finn-Power North America Inc., “Thay vì gia công chúng, anh ấy cắt chúng bằng laser và điều đó cho phép anh ấy có được nhiều ý tưởng hơn. Anh ấy đã có thể thay đổi công việc kinh doanh hoặc mở rộng chúng và để các thiết kế của mình trở nên linh hoạt hơn.”

Millette đã đề cập rằng các khả năng của một trục quoay phản ánh lên một phần khả năng của máy cắt laser

“Khi bạn đặt nó trên máy 2 chiều, việc cắt phần đầu phải luôn vuông góc với đường tâm của ống”, ông nói. “Bạn không có trục nghiêng,khi bạn đặt nó trên máy 3 chiều, bạn có đầy đủ 5 trục, vì vậy bạn có thể gia công ống với bất kỳ hình dáng nào mà bạn tưởng tượng”

“Loại phụ tùng này lý tưởng cho hầu hết các xưởng bởi vì nó mở ra một phân khúc thị trường hoàn toàn mới cho họ,” ông nói.

Tương tự như vậy, TRUMPF cung cấp RotoLas, một thiết bị cắt ống tùy chọn cho máy TruLaser 3030 2-D. Nó có thể xử lý ống lên đến 367mm. Một khách hàng nhận thấy rằng khoản đầu tư của mình vào phụ tùng của trục quay đang được hoàn trả theo ba cách riêng biệt. Đầu tiên, ông đã tạo ra một phân khúc  trong các ứng dụng cắt đường kính lớn bằng laser. Thứ hai, laser kết hợp một số thao tác, chẳng hạn như cắt và vát . Thứ ba, củng cố mối quan hệ với khách hàng.

Hình 2: Việc cắt rãnh trên ống đơn để tạo khớp nối 2 hai ống là trò chơi trẻ con, nhưng một nút nối được nhiều ống là một câu chuyện khác. Loại khớp này là không thể với các công cụ thông thường, nhưng với khả năng vát của máy plasma thì điều này khả thi. Hình ảnh của AltaMAR, Fridley, Trin.

Các nhà sản xuất máy laser cũng đang cung cấp nhiều lựa chọn đường kính cắt . Mazak Optonics Corp gần đây đã bổ sung loạt FabriGear của mình với mô hình 220. Nó xử lý ống tròn và ống có đường kính lên tới 230mm, do đó nó lắp khớp vào hốc của FabriGear 150, được thiết kế cho các đai tròn có đường kính lên tới 152mm và FabriGear 300 được chế tạo các đai tròn lên tới 300mm.

TRUMPF’s TrueLaser Tube 5000 xử lý đường kính lên đến 152mm, và TruLaser Tube 7000 của nó có hai phiên bản. Mô hình tiêu chuẩn đạt được 200mm, mô hình thứ hai xử lý các phôi gia công lên đến 254mm. Công ty đã phát hiện ra rằng các nhà chế tạo đã chuyển sang các máy có đường kính lớn hơn.

“Trong năm ngoái có 7000 đơn đặt hàng thì mỗi đơn đều được chọn lựa”, Giám đốc sản phẩm Stefan Schreiber nói.

Một máy laser công nghệ mới về đường kính tối đa cho các hốc có thể giới thiệu với các nhà chế tạo. BLM gần đây đã phát minh và ra mắt máy JUMBO.Máy có hai phiên bản, một phiên bản nhỏ cho đường kính 355mmvà một phiên bản lớn cho ống lên đến 508mm.

“Đối với các ống lớn như vậy, các nhà chế tạo thường đánh dấu ống bằng một cái đục, sau đó cắt nó bằng mỏ cắt cầm tay”, Jeff Arendas, Giám đốc sản phẩm của Laser Tube cho biết. “Một tia laser cung cấp độ chính xác cao và được thiết kế linh hoạt hơn. Nó cho phép các nhà thiết kế tạo ra các mối nối và giao điểm mới, chẳng hạn như khớp nối móc và khe cắm. Tất cả các chi tiết trượt với nhau, các tính năng định vị chính xác và quá trình lắp ráp nhanh hơn, “anh nói.

 

Mặc dù các sản phẩm được cắt bằng laser rất phù hợp với các kỹ thuật xây dựng, Arendas lưu ý rằng hầu hết bộ luật xây dựng đều xử lý với các dầm và xà ngang, không phải là các bộ phận hình ống. Tuy nhiên, đây không phải là rào cản.

“Nhà thiết kế siêng năng là chìa khóa để có được một bản in được phê duyệt,” ông nói.

Kiến trúc không phải là ngành duy nhất sử dụng ống có đường kính lớn như vậy. Arendas đã đề cập rằng các OEM liên quan đến máy móc nông nghiệp, hợp chất mỏ dầu, đường ống, thiết bị chuyên chở và đóng tàu đều sử dụng loại ống này.

Arendas giải thích rằng một số đặc điểm của máy laser như tính linh hoạt và độ chính xác của máy thu hút nhiều nhà chế tạo.

“Các nhà thiết kế sản phẩm có thể kết hợp tính năng chẳng như một vấu đỡ sản phẩm và một khe ăn khớp”, Arendas nói (xem Hình 1). “Chúng khớp với nhau, vì vậy không cần thiết bị cố định, và đạt độ chính xác đến mức giảm được 25% thời gian hàn”, ông nói.

Các nhà chế tạo thấy rằng khả năng thay đổi nhanh chóng của laser rất quan trọng đối. Đối với xưởng gia công các ống dài từ 0,5m đến 18m, sẽ có động lực lớn hơn là tia laser làm giảm thời gian xử lý vật liệu, Arendas nói.

“Để gia công ống phải thông qua một số giai đoạn như máy phay, sau đó là một bàn đốt, v.v.” Arendas nói. “Với một tia laser, họ có thể thực hiện tất cả các giai đoạn trên cùng một lúc.”

Laser thậm chí đang thâm nhập vào một số ứng dụng gia công kim loại trước đây chẳng hạn như là ứng dụng đóng dấu trên thép.

“Một số công ty đang thực hiện các khung trưng bày bán lẻ máy laser”, Rick Jackson, phó chủ tịch bán hàng của AltaMAR cho biết. “Không phải vì tia laser nhanh hơn trong việc đóng dấu hoặc đục lỗ các khe hình chữ nhật, mà bởi vì chúng có thể thay đổi nhanh chóng từ kích thước này sang kích thước khác. Họ không phải mua một dòng chuyên dụng để tạo ra một sản phẩm và không thể gia công các đơn đặt hàng khác. Một tia laser loại trừ điều đó, và nó giúp giảm chi phí cho dụng cụ, cho phép người dùng sử dụng khoản đầu tư của họ được liên tục. ”

Jackson cũng cảnh báo rằng các nhà chế tạo cần lưu ý rằng ống không phải luôn luôn thẳng và máy laser cần phải gia công phôi phù hợp.

“2410 của chúng tôi có một tia laser cảm biến bên cạnh cảm nhận được phía mặt bên của ống và xác định xem ống có bị cong hay không, nó cong ở đâu và cong bao nhiêu”, Jackson nói. ” Sau đó máy sau đó định vị đầu laser phù hợp để tia laser chạm vào đường tâm của ống.Việc đánh vào chính xác đường tâm hay không,sẽ tạo ra sự khác biệt lớn”, ông nói.

Liên kết các thông lại với nhau. Khi mua máy laser, các nhà chế tạo nên hiểu cách tất cả  khả năng hoạt động của máy như tốc độ định vị, tốc độ quay và tốc độ cắt của theo lời khuyên của TRUMPF’s Schreiber. Tốc độ cắt không phải là yếu tố quan trọng nhất. Phần lớn năng suất của máy laser bị ảnh hưởng bởi tốc độ định vị của đầu laser (khi không cắt) và khả năng xử lý vật liệu của nó. Một yếu tố quan trọng không kém là thời gian cắt của máy.Thời gian cắt là thời gian để tháo ống  ra khỏi máy và đưa lên ống tiếp theo, Schreiber nói. Ví dụ: sê-ri 7000 có thời gian cắt để thay đổi trong khoảng 22 giây (đối với ống dài 6,5m) đến 27 giây (đối với ống dài 9m).

Phần mềm cũng đóng một vai trò quan trọng nhiều hơn bất kỳ công cụ máy móc nào, tính linh hoạt của laser được điều khiển bởi phần mềm. Ví dụ, phần mềm của Mazak cho phép cắt các hình dạng hình ống phổ biến như hình tròn, hình vuông và hình chữ nhật; các phần kết cấu thông thường như dầm I, dầm H ,C và cắt góc. Ngoài ra, thỉnh thoảng nâng cấp phần mềm có thể giúp tăng năng suất.

“Chúng tôi đã thực hiện một số thay đổi đối với phần mềm để cải thiện thời gian chu trình”, Chuyên gia ứng dụng Mazak Mark Mercurio cho biết, đề cập đến máy mới nhất trong FabriGear. “Chúng tôi đã thực hiện một số thay đổi quỹ đạo cắt và lồng nhau để làm cho máy hoạt động hiệu quả hơn”, ông giải thích. Phần mềm hiện đại này không chỉ dành cho khách hàng mới, nó cũng dành cho khách có sẵn máy.

Có hai hệ thống cung cấp trên một máy cũng rất quan trọng đối với năng suất.

“LT2410 của chúng tôi có một hệ thống dây chuyền, giúp di chuyển ống vào vị trí, thao tác và cắt nó,” Jackson nói. “Nó cũng có thể nạp ống từ khung tải vật liệu ở mặt sau của máy. Nếu bạn đang chạy một lô ống lớn từ khung tải và cần vài ống khẩn cấp, bạn có thể tải chúng từ phía trước máy, thay đổi chương trình và tạo các sản phẩm mới. Khi hoàn thành, bạn có thể quay lại chương trình trước đó và chạy các ống từ khung tải như lúc đầu. ”

Jackson cũng đề cập rằng các nhà chế tạo nên suy nghĩ kinh phí tiêu hao của bộ cộng hưởng. Công suất tăng thêm không làm cho máy cắt nhanh hơn.

“Công suất một bộ cộng hưởng tiêu chuẩn trên một máy cắt ống có đường kính lên tới 150mm là 2 kilowatt”, Jackson nói. “Bạn có thể đặt bộ cộng hưởng 4 kW trên máy đó, nhưng nó thực sự không mang lại cho bạn bất cứ điều gì vì lúc đó việc tăng công suất trở nên vô nghĩa.Bạn có tấm chắn thứ hai mà chùm tia chạm vào. Nếu bạn không muốn tia chiếu vào bức tấm chắn phía xa, làm nó nóng lên và gây ra sự đổi màu hoặc oxy hóa, bạn cần có một giới hạn về mức độ sử dụng năng lượng. ”

Sự tiến bộ của Laser. Theo Arendas, các nhà chế tạo ống ở Châu Âu nắm bắt công nghệ laser nhanh hơn so với các đối tác tại Hoa Kỳ.

“Có khoảng 700 máy cắt laser được sử dụng ở châu Âu và khoảng 250 ở Hoa Kỳ, nhưng thị trường tiêu thụ sản phẩm gần như nhau”, ông nói.

Tuy nhiên, thị trường Hoa Kỳ dường như đang bắt kịp. Theo Millette, việc cắt ống bằng laser hiện nay rất thịnh hành.

“Đây là một trong những phân khúc phát triển nhanh trong ngành chế tạo,” ông nói.

Arendas đã chỉ ra một xu hướng khác rằng laser tiếp tục đạt được tiến bộ trong sản xuất: Nhiều chi tiết dường như được thiết kế dành riêng cho laser.

“Bạn có thể tạo một khung từ bốn ống để tạo thành hình chữ nhật, sử dụng bốn mối hàn để lắp ráp nó,” Arendas nói. “Đó sẽ là cách thông thường để làm điều đó. Với tia laser, thật dễ dàng để tạo ra nó từ một ống hình chữ nhật duy nhất. Bạn cắt các rãnh trong ống, tháo nó ra khỏi máy và thực hiện ba lần uốn 90 độ bằng tay và hoàn thành nó chỉ với một mối hàn.

Jackson của AltaMAR đồng tình, chỉ ra một chiếc xe tải được sản xuất cho Baja 1000 phải trải qua một cuộc thi mệt mỏi chạy dọc bán đảo Baja. Một cuộc đua không khoang dung và sửa chữa midrace là tiêu chuẩn; chiếc xe dành được chiến thắng thường là chiếc xe chắc chắn nhất, không phải là chiếc xe nhanh nhất. Khung của chiếc xe tải đặc biệt này có điểm nối sáu hoặc bảy ống lại với nhau (xem Hình 2).