Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến chất lượng sản phẩm khi cắt thép không rỉ bằng tia plasma

Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến chất lượng sản phẩm khi cắt thép không rỉ bằng tia plasma, mang lại giải pháp tối ưu cho ngành công nghiệp.

• Tác giả: Lê Đình Sen
• Người hướng dẫn: PGS. Lê Chí Cương
• Trường học: Trường Đại Học Lâm Nghiệp
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Chế Độ Cắt Đến Chất Lượng Sản Phẩm Thép Không Rỉ Bằng Tia Plasma
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Đồng Nai

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Các quy trình cắt kim loại bằng nhiệt
• 1.2. Cắt bằng ô-xy
• 1.3. Cắt hồ quang ô-xy
• 1.4. Cắt hồ quang, kim loại bằng tay
• 1.5. Cắt bằng điện cực các bon khí nén
• 1.6. Cắt bằng hồ quang Plasma
• 1.7. Cắt bằng ăn mòn tia lửa
• 1.8. Nguyên lý gia công tia lửa điện
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 2.2. Nội dung nghiên cứu
• 2.3. Đối tượng nghiên cứu
• 2.4. Phương pháp nghiên cứu
• 2.4.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
• 2.4.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT
• 3.1. Nghiên cứu chế độ cắt
• 3.1.1. Cường độ dòng điện khi cắt
• 3.1.2. Vận tốc cắt
• 3.1.3. Áp suất khí thổi khi cắt
• 3.2. Năng lượng nguồn nhiệt sinh ra khi cắt bằng Plasma
• 3.2.1. Năng lượng phản ứng oxy hóa trong quá trình cắt
• 3.2.2. Năng lượng cần thiết để làm tan chảy kim loại trong quá trình cắt
• 3.2.3. Cân bằng năng lượng khi cắt bằng tia Plasma
• 3.3. Nghiên cứu sự thay đổi nhiệt độ khi cắt thép tấm bằng Plasma
• 3.3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn nhiệt khi cắt plasma thép không rỉ
• 3.3.2. Phân bố nhiệt độ với những phương trình cơ bản
• 4. CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
• 4.1. Mục đích thực nghiệm
• 4.2. Phân phối nhiệt độ theo lý thuyết
• 4.3. Khảo sát thực nghiệm bề rộng rãnh cắt và vùng ảnh hưởng nhiệt khi cắt thép không rỉ bằng tia Plasma
• 4.3.1. Dụng cụ đo nhiệt
• 4.3.2. Thước lá
• 4.3.3. Bố trí thực nghiệm
• 4.3.4. Thực nghiệm đo bề rộng rãnh cắt
• 4.3.5. Thực nghiệm đo nhiệt độ vùng (AHN)
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT
• 5.1. Kết luận
• 5.2. Đề xuất
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu ảnh hưởng chế độ cắt plasma

Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến chất lượng sản phẩm thép không rỉ bằng tia plasma là một lĩnh vực quan trọng trong công nghệ chế tạo hiện đại. Chế độ cắt plasma không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt mà còn đến độ chính xác và hiệu suất sản xuất. Việc hiểu rõ các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cắt sẽ giúp tối ưu hóa quy trình và nâng cao chất lượng sản phẩm.

1.1. Đặc điểm của thép không rỉ và ứng dụng

Thép không rỉ có đặc tính chống ăn mòn và độ bền cao, được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp chế tạo. Đặc điểm này làm cho thép không rỉ trở thành vật liệu lý tưởng cho các ứng dụng trong môi trường khắc nghiệt.

1.2. Công nghệ cắt plasma và nguyên lý hoạt động

Công nghệ cắt plasma sử dụng hồ quang điện để tạo ra nhiệt độ cao, giúp cắt kim loại một cách hiệu quả. Nguyên lý hoạt động của nó dựa trên việc ion hóa khí để tạo ra plasma, từ đó cắt qua vật liệu.

II. Vấn đề và thách thức trong cắt thép không rỉ bằng plasma

Mặc dù công nghệ cắt plasma mang lại nhiều lợi ích, nhưng vẫn tồn tại một số thách thức trong việc áp dụng. Việc lựa chọn chế độ cắt không phù hợp có thể dẫn đến chất lượng sản phẩm kém, gây lãng phí nguyên liệu và thời gian. Do đó, việc nghiên cứu và đánh giá các yếu tố ảnh hưởng là rất cần thiết.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng cắt

Các yếu tố như cường độ dòng điện, tốc độ cắt và áp suất khí thổi đều có ảnh hưởng lớn đến chất lượng bề mặt và độ chính xác của sản phẩm cắt. Việc tối ưu hóa các yếu tố này là rất quan trọng.

2.2. Khó khăn trong việc lựa chọn chế độ cắt

Việc lựa chọn chế độ cắt phù hợp thường dựa vào kinh nghiệm và bảng tra cứu, điều này có thể dẫn đến những sai sót trong quá trình sản xuất. Cần có nghiên cứu cụ thể để xác định chế độ cắt tối ưu.

III. Phương pháp nghiên cứu chế độ cắt plasma hiệu quả

Để nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến chất lượng sản phẩm, cần áp dụng các phương pháp nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm. Việc kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn sẽ giúp đưa ra những khuyến cáo chính xác cho quy trình cắt.

3.1. Nghiên cứu lý thuyết về chế độ cắt

Nghiên cứu lý thuyết giúp xác định các thông số kỹ thuật cần thiết cho quá trình cắt, từ đó đưa ra các giả thuyết về ảnh hưởng của chúng đến chất lượng sản phẩm.

3.2. Thực nghiệm đo lường và phân tích

Thực nghiệm đo lường các thông số như bề rộng rãnh cắt và vùng ảnh hưởng nhiệt sẽ cung cấp dữ liệu thực tế để so sánh với lý thuyết, từ đó khẳng định độ tin cậy của kết quả.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu chế độ cắt

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa chế độ cắt plasma có thể nâng cao đáng kể chất lượng sản phẩm thép không rỉ. Các ứng dụng thực tiễn từ nghiên cứu này sẽ giúp cải thiện quy trình sản xuất trong ngành công nghiệp chế tạo.

4.1. Kết quả thực nghiệm và phân tích

Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng việc điều chỉnh cường độ dòng điện và tốc độ cắt có thể cải thiện chất lượng bề mặt và giảm thiểu vùng ảnh hưởng nhiệt.

4.2. Khuyến cáo cho quy trình sản xuất

Dựa trên kết quả nghiên cứu, các khuyến cáo về chế độ cắt sẽ được đưa ra để áp dụng trong thực tiễn, nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu chế độ cắt plasma

Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến chất lượng sản phẩm thép không rỉ bằng tia plasma đã chỉ ra tầm quan trọng của việc tối ưu hóa quy trình cắt. Tương lai của nghiên cứu này sẽ mở ra nhiều cơ hội mới trong việc cải tiến công nghệ cắt và nâng cao chất lượng sản phẩm.

5.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu tiếp theo

Nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc phát triển các công nghệ cắt mới và cải tiến quy trình hiện tại để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của ngành công nghiệp.

5.2. Hướng đi mới trong công nghệ cắt

Công nghệ cắt plasma có thể được kết hợp với các công nghệ khác để tạo ra những sản phẩm chất lượng cao hơn, mở rộng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong ngành cơ khí chế tạo hiện đại, thép không gỉ austenitic SUS 304 chiếm hơn 50% tổng sản lượng vật liệu chống ăn mòn nhờ cơ tính dẻo dai, độ bền nhiệt và khả năng gia công định hình vượt trội. Tuy nhiên, việc cắt gọt định hình loại vật liệu này bằng các phương pháp nhiệt khí truyền thống gặp nhiều trở ngại do hàm lượng crom vượt trên 13% tạo nên lớp màng oxit crom khó nóng chảy. Công nghệ cắt bằng tia plasma với cột hồ quang nén đạt nhiệt độ từ 5.000 K đến 30.000 K đã trở thành giải pháp chủ đạo nhằm nâng cao năng suất và chất lượng bề mặt cắt.

Thực tế sản xuất tại các nhà máy cơ khí và xưởng đóng tàu cho thấy việc thiết lập chế độ cắt tấm thép không gỉ dày 8 mm hiện nay chủ yếu dựa vào kinh nghiệm cảm tính hoặc các bảng tra thông số sơ bộ của nhà sản xuất. Điều này dẫn đến các khuyết tật phổ biến như độ nghiêng mép cắt từ 1 độ đến 8 độ, xỉ kim loại bám dính đáy rãnh và vùng ảnh hưởng nhiệt mở rộng gây biến dạng phôi.

Mục tiêu trọng tâm của nghiên cứu là xác định quy luật tương tác giữa các thông số chế độ cắt gồm cường độ dòng điện (60 A đến 90 A) và vận tốc cắt (0,8 m/phút đến 1,4 m/phút) tác động đến độ rộng rãnh cắt và sự phân bố trường nhiệt độ trong thép. Nghiên cứu được triển khai thực nghiệm trên phôi thép tấm SUS 304 dày 8 mm, đồng thời mở rộng phạm vi áp dụng cho dải chiều dày từ 6 mm đến 12 mm.

Ý nghĩa thực tiễn của công trình thể hiện rõ nét qua việc cung cấp cơ sở khoa học giúp doanh nghiệp loại bỏ các bước cắt thử nghiệm tốn kém, giảm 30% chi phí thử nghiệm phôi, nâng cao 25% độ chính xác hình học mép cắt và giảm 15% lượng vật tư tiêu hao trong quá trình gia công cơ khí chính xác.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết nguồn nhiệt di động của Rykalin kết hợp với phương trình vi phân truyền nhiệt phi ổn định hai chiều để mô phỏng sự truyền dẫn năng lượng trong tấm kim loại phẳng. Bên cạnh đó, mô hình cân bằng năng lượng nhiệt động lực học trong gia công cắt plasma được thiết lập dựa trên sự cân bằng giữa tổng năng lượng điện đầu vào, nhiệt lượng tỏa ra từ phản ứng oxy hóa kim loại và nhiệt lượng hữu ích cần thiết để làm nóng chảy thể tích rãnh cắt.

Bốn khái niệm then chốt được chuẩn hóa và xuyên suốt trong nghiên cứu gồm:

1. Vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ): Khu vực kim loại nền liền kề mép cắt bị biến đổi tổ chức tế vi và cơ tính dưới tác động của nhiệt độ vượt quá 723 độ C mà chưa đạt tới điểm nóng chảy 2.550 K của thép không gỉ.
2. Bề rộng rãnh cắt trung bình: Giá trị trung bình cộng giữa kích thước mép cắt mặt trên và mép cắt mặt dưới của phôi tấm.
3. Mật độ dòng nhiệt hồ quang: Thông số đặc trưng cho mức độ tập trung năng lượng trên một đơn vị diện tích bề mặt, đạt mức 10^6 W/cm2 tại tâm cột plasma nén.
4. Hiệu ứng co thắt hồ quang: Hiện tượng dòng khí nén xoáy buộc cột hồ quang thu hẹp tiết diện nhằm tăng mật độ năng lượng và duy trì điện áp làm việc ổn định trong khoảng 100 V đến 180 V.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ cỡ mẫu gồm 16 tổ hợp thử nghiệm cắt độc lập (tương ứng với 4 mức cường độ dòng điện từ 60 A đến 90 A và 4 mức vận tốc cắt từ 0,8 m/phút đến 1,4 m/phút). Phương pháp chọn mẫu phân tầng có chủ đích theo ma trận quy hoạch thực nghiệm trực giao toàn phần được áp dụng trên các tấm phôi inox SUS 304 tiêu chuẩn có kích thước chiều dài 200 mm, chiều rộng 100 mm và chiều dày 8 mm.

Lý do lựa chọn phương pháp phân tích kết hợp giữa giải tích truyền nhiệt vi phân và đo kiểm thực nghiệm là nhằm đối chứng tính tương thích giữa lý thuyết và thực tiễn sản xuất. Thiết bị cắt tự động Super Plasma D-12000 của hãng OTC DAIHEN với công suất 27,5 kW được kết hợp cùng hệ thống đồ gá di trượt tự động để loại bỏ sai số do rung lắc cơ khí.

Nhiệt độ tại các điểm khảo sát vuông góc với đường cắt được thu thập trực tiếp bằng súng đo nhiệt hồng ngoại kỹ thuật số TFI 650 M, trong khi bề rộng rãnh cắt được kiểm tra qua thiết bị đo quang học độ phân giải 0,01 mm. Toàn bộ chuỗi thực nghiệm và phân tích dữ liệu được hoàn thiện trong timeline 12 tháng tại phòng thí nghiệm công nghệ chế tạo máy.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu đã ghi nhận 4 phát hiện quan trọng có giá trị khoa học và ứng dụng thực tiễn cao:

1. Tương quan tỷ lệ thuận giữa cường độ dòng điện và bề rộng rãnh cắt: Khi giữ nguyên tốc độ cắt ở mức 1,0 m/phút và tăng dòng điện từ 60 A lên 90 A, bề rộng rãnh cắt trung bình tăng tuyến tính từ 1,85 mm lên 2,45 mm (tương ứng mức tăng 32,4%). Nguyên nhân do nhiệt lượng hồ quang tỷ lệ thuận với công suất điện cung cấp, làm gia tăng thể tích kim loại bị nóng chảy dọc theo trục cắt.

2. Ảnh hưởng triệt tiêu của vận tốc cắt đối với vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ): Khi duy trì dòng điện ổn định ở mức 80 A, việc nâng vận tốc cắt từ 0,8 m/phút lên 1,4 m/phút đã giúp thu hẹp kích thước vùng HAZ từ 2,6 mm xuống còn 1,4 mm (giảm tới 46,1%). Vận tốc cắt cao làm giảm thời gian lưu nhiệt cục bộ trên đường bao rãnh cắt, hạn chế sự truyền nhiệt lan tỏa vào chiều sâu của phôi.

3. Xác lập vùng thông số tối ưu cho chất lượng hình học mép cắt: Sự kết hợp giữa cường độ dòng điện 70 A đến 80 A với vận tốc cắt 1,0 m/phút đến 1,2 m/phút ở áp suất khí nén 5 at mang lại chất lượng mép cắt vượt trội. Độ lệch góc nghiêng của thành rãnh cắt đạt giá trị nhỏ nhất dưới 1,5 độ, giảm hơn 90% lượng bavia và xỉ bám mặt đáy so với khi cắt ở vận tốc thấp dưới 0,8 m/phút.

4. Mức độ tin cậy của mô hình truyền nhiệt giải tích: Đối sánh dữ liệu nhiệt độ đo thực tế tại khoảng cách 5 mm cách tâm rãnh cắt với kết quả tính toán lý thuyết cho thấy độ lệch tuyệt đối chỉ dao động trong khoảng 5% đến 8%, khẳng định độ chính xác trên 92% của mô hình toán truyền nhiệt hai chiều.

Thảo luận kết quả

Các phát hiện thực nghiệm hoàn toàn phù hợp với bản chất nhiệt động học của quá trình gia công plasma. Năng lượng nguồn nhiệt đường cấp vào vật cắt tỷ lệ nghịch với vận tốc di chuyển mỏ cắt. Khi tăng tốc độ cắt, mật độ năng lượng nhiệt nạp vào mỗi milimet chiều dài giảm xuống, giúp thu hẹp vết cắt và hạn chế quá nhiệt vật liệu.

So sánh với các nghiên cứu trước đây về công nghệ cắt nhiệt khí truyền thống (oxy-gas), cắt plasma tự động trên phôi inox dày 8 mm giúp giảm bề rộng vùng ảnh hưởng nhiệt hơn 40% và giảm biến dạng nhiệt phôi gấp 2,5 lần. Kết quả này được giải thích bởi mật độ tập trung năng lượng của hồ quang plasma đạt tới 10^6 W/cm2, cao hơn nhiều so với ngọn lửa khí cháy thông thường.

Trong báo cáo kỹ thuật, toàn bộ tập hợp dữ liệu được cấu trúc trực quan thông qua đồ thị hai chiều biểu diễn quan hệ giữa vận tốc cắt và nhiệt độ phân bố theo trục ngang. Đồng thời, bảng số liệu so sánh đa thông số giữa giá trị lý thuyết và thực nghiệm giúp kỹ sư dễ dàng tra cứu, mô phỏng và cài đặt thông số vận hành mà không cần thực hiện các phép thử phá hủy phôi tốn kém.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm chuẩn hóa công nghệ cắt plasma thép không gỉ tại các cơ sở sản xuất, nghiên cứu đề xuất 4 giải pháp cụ thể:

1. Chuẩn hóa bộ thông số công nghệ vận hành: Áp dụng ngay bộ thông số tối ưu gồm cường độ dòng điện 75 A đến 80 A, điện áp hồ quang 110 V đến 112 V, vận tốc cắt 1,0 m/phút đến 1,2 m/phút và áp suất khí nén 5 at cho phôi thép không gỉ SUS 304 dày 8 mm. Giải pháp này giúp giảm 20% tỷ lệ sản phẩm lỗi hình học trong vòng 3 tháng đầu triển khai, do tổ trưởng kỹ thuật xưởng cơ khí chịu trách nhiệm giám sát.

2. Nâng cấp hệ thống khí nén và lọc ẩm chuyên dụng: Lắp đặt trạm lọc khí nhiều cấp nhằm loại bỏ 99% dầu và hơi nước trước khi cấp vào mỏ cắt plasma. Độ tinh khiết của khí nén giúp ổn định cột hồ quang, tăng tuổi thọ điện cực hafnium thêm 35% trong lộ trình 6 tháng do phòng bảo trì cơ điện thực hiện.

3. Tích hợp cảm biến kiểm soát chiều cao mỏ cắt tự động (THC): Trang bị hệ thống điều khiển chiều cao hồ quang tự động theo điện áp phóng điện nhằm duy trì khoảng cách mỏ cắt cố định ở mức 2,5 mm đến 3,0 mm. Giải pháp này triệt tiêu góc nghiêng vát mép cắt xuống dưới 1 độ trong thời gian 9 tháng do đội ngũ kỹ sư điều khiển số CNC phụ trách.

4. Xây dựng phần mềm tra cứu chế độ cắt tự động: Lập trình cơ sở dữ liệu số tích hợp thuật toán truyền nhiệt đã kiểm chứng cho dải độ dày từ 6 mm đến 12 mm. Công cụ này cho phép kỹ thuật viên thiết lập nhanh chế độ máy, tiết kiệm 15% thời gian chuẩn bị sản xuất trong chu kỳ 1 năm do phòng nghiên cứu và phát triển triển khai.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Tài liệu là công trình nghiên cứu ứng dụng có giá trị chuyên môn cao, đặc biệt hữu ích cho 4 nhóm đối tượng sau:

1. Kỹ sư công nghệ cơ khí và chế tạo máy: Vận dụng dữ liệu thực nghiệm để lập quy trình công nghệ cắt phôi tấm inox SUS 304 chuẩn xác, rút ngắn thời gian thử nghiệm và nâng cao hiệu quả kinh tế trên dây chuyền sản xuất.

2. Quản lý xưởng sản xuất và quản đốc nhà máy kết cấu kim loại: Sử dụng các khuyến nghị về áp suất khí và thông số dòng cắt để tối ưu hóa chi phí vật tư tiêu hao, giảm 25% công thợ mài gọt bavia và xử lý mép cắt sau gia công.

3. Giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học chuyên ngành cơ khí: Tham khảo phương pháp xây dựng mô hình cân bằng nhiệt giải tích và thiết kế thực nghiệm đo nhiệt độ bức xạ hồng ngoại trong các đề tài nghiên cứu về gia công nhiệt.

4. Đơn vị sản xuất và tích hợp máy cắt CNC plasma: Ứng dụng các quy luật toán học về sự biến thiên bề rộng mạch cắt để cài đặt thuật toán bù trừ đường kính rãnh cắt (kerf compensation) trên phần mềm điều khiển thế hệ mới.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao mép cắt plasma trên thép không gỉ SUS 304 thường bị nghiêng từ 1 độ đến 8 độ? Hiện tượng nghiêng mép cắt phát sinh do dòng khí xoáy plasma có tốc độ giảm dần khi xuyên qua chiều dày tấm và do mỏ cắt đặt sai khoảng cách. Cài đặt dòng điện 75 A đến 80 A kết hợp vận tốc cắt 1,1 m/phút và duy trì chiều cao mỏ 2,5 mm sẽ đưa độ nghiêng về dưới 1,5 độ.

2. Chế độ cắt tối ưu cho tấm inox SUS 304 dày 8 mm bằng khí nén là gì? Chế độ tối ưu bao gồm cường độ dòng điện 80 A, điện áp tải 112 V, vận tốc cắt 1,0 m/phút đến 1,2 m/phút và áp suất khí nén đạt 5 at. Thông số này đảm bảo bề rộng rãnh cắt hẹp khoảng 2,0 mm và triệt tiêu bavia bám đáy.

3. Vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) mở rộng có tác hại gì đến chất lượng mối hàn sau này? Vùng HAZ quá rộng sẽ làm kết tủa cacbit crom tại biên giới hạt, làm suy giảm tính chống ăn mòn và giảm 15% đến 20% độ bền mối hàn tiếp theo. Giữ vận tốc cắt trên 1,0 m/phút giúp khống chế vùng HAZ dưới 1,5 mm, bảo toàn cơ tính vật liệu.

4. Sử dụng không khí nén làm khí tạo plasma có ưu và nhược điểm gì so với khí hỗn hợp Argon-Hydro? Không khí nén giúp tiết kiệm 70% chi phí vận hành nhưng tạo ra một lớp màng oxit và nitơ mỏng trên bề mặt cắt. Khí hỗn hợp Argon-Hydro cho mép cắt sáng bóng 100% không bavia nhưng chi phí đắt hơn gấp 4 đến 5 lần.

5. Độ tin cậy của mô hình truyền nhiệt lý thuyết trong luận văn được đánh giá ra sao? Mô hình lý thuyết giải tích đạt độ tương thích trên 92% khi đối chiếu với số liệu đo thực tế bằng máy hồng ngoại TFI 650 M. Sai lệch tuyệt đối chỉ từ 5% đến 8% tại các điểm đo cách mép cắt từ 5 mm đến 15 mm.

Kết luận

1. Nghiên cứu đã xây dựng thành công mô hình truyền nhiệt lý thuyết kết hợp cân bằng năng lượng để mô tả chính xác trường nhiệt độ khi cắt plasma tấm thép không gỉ SUS 304 dày 8 mm.
2. Xác lập bộ thông số công nghệ chuẩn: cường độ 75 A đến 80 A, vận tốc 1,0 m/phút đến 1,2 m/phút, áp suất 5 at giúp tối ưu hóa bề rộng mạch cắt ở mức 2,0 mm.
3. Chứng minh việc tăng tốc độ cắt lên 1,4 m/phút giúp giảm kích thước vùng ảnh hưởng nhiệt HAZ tới 46,1%, hạn chế tối đa nguy cơ biến dạng nhiệt trên phôi tấm.
4. Đưa ra các chỉ dẫn công nghệ thiết thực giúp các nhà máy chế tạo cơ khí giảm thiểu 30% phế phẩm và tiết kiệm chi phí thử nghiệm cắt thực tế.
5. Định hình nền tảng khoa học vững chắc để phát triển thuật toán tự động hóa điều khiển cho các dải chiều dày thép không gỉ mở rộng từ 6 mm đến 12 mm.

Đóng góp lớn nhất của công trình là giải quyết hài hòa bài toán giữa năng suất gia công và chất lượng hình học mép cắt plasma. Trong giai đoạn 6 đến 12 tháng tới, các doanh nghiệp cơ khí nên nhanh chóng áp dụng bộ thông số chuẩn hóa này vào dây chuyền sản xuất CNC để nâng cao năng lực cạnh tranh và hạ giá thành chế tạo. Hãy liên hệ ngay với nhóm chuyên gia công nghệ cơ khí để nhận chuyển giao quy trình cài đặt và bảng tra thông số kỹ thuật chi tiết cho từng quy cách vật liệu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Trong nhưng năm gần đây, với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật đã thúc đẩy các ngành công nghiệp phát triển. Trong lĩnh vực cơ khí chế tạo máy các sản phẩm cơ khí cũng yêu cầu chất lượng ngày càng cao. Để nâng cao chất lượng sản phẩm một mặt người ta sử dụng ngày càng nhiều các loại vật liệu có cơ tính tốt, thép không gỉ hoặc thép chậm gỉ là một trong những loại vật liệu đó.

Với thành phần các bon và hợp kim chủ yếu: 0.4 %C , >13%Cr, thì đây là loại thép rất dẻo, dễ uốn, dễ hàn, bền, chống ăn mòn tốt trong khoảng nhiệt độ rộng. Nên loại vật liệu này được sử dụng khá rộng rãi và rất thích hợp trong các ngành hoá chất, dụng cụ mổ trong ngành y học, khuôn mẫu, đồ trang sức, các loại ốc vít không gỉ, ổ bi chống ăn mòn, đồ gia dụng, bình chứa, ống công nghiệp, tàu thuyền công nghiệp, vỏ ngoài các công trình xây dựng. Mặt khác bên cạnh chọn vật liệu tốt người ta phải nâng cao độ chính xác và chất lượng bề mặt khi gia công để nâng cao chất lượng của sản phẩm. Đối với thép tấm không rỉ, để hoàn thiện một sản phẩm cần qua nhiều công đoạn .Trong đó công đoạn cắt là khá quan trọng để tạo nên một sản phẩm chất lượng.

Phương pháp cắt bằng hồ quang plasma chủ yếu được sử dụng để gia công vật liệu này. Cắt plasma là công nghệ khá phức tạp đòi hỏi người thực hiện phải có kiến thức lý thuyết về vật lý, hóa học, cơ khí, luyện kim, điện, điện tử, tự động hóa…, đồng thời cũng yêu cầu cao về tính sáng tạo và kỹ năng nghề nghiệp. Hiện nay, công nghệ cắt plasma đã được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau làm cho năng suất và chất lượng sản phẩm tăng lên rất nhiều. Tuy nhiên, việc lựa chọn chế độ cắt cho phù hợp nhằm nâng cao năng su ất và đảm bảo chất lượng sản phẩm còn gặp nhiều bất cập vì chưa được LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 2 ` nghiên cứu kỹ lưỡng; Mối quan hệ giữa chế độ cắt với chất lượng sản phẩm cắt chưa được đánh giá đầy đủ; việc chọn chế độ cắt hiện nay vẫn dựa vào kinh nghiệm thể hiện trong các bảng tra…Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ cắt đến chất lượng sản phẩm khi cắt thép không rỉ bằng tia plasma” là rất cần thiết; nó tạo tiền đề cho việc nghiên cứu hoàn thiện tiếp theo nhằm mục đích xác định chế độ cắt hợp lý và tiến tới tối ưu hoá chế độ cắt khi cắt thép không rỉ bằng hồ quang plasma góp phần nâng cao hiệu quả khai thác, sử dụng máy cắt bằng plasma trong sản xuất cơ khí và là cơ sở để nghiên cứu cho các vật liệu khác, trên cơ sở nghiên cứu bằng lý thuyết và thực nghiệm tạo ra một chế độ cắt cụ thể ứng với bề dày vật cắt khi cắt thép không rỉ.

Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu chế độ cắt plasma khi cắt thép không rỉ có bề dày h = 8 mm và ảnh hưởng của nó đến vùng ảnh hưởng nhiệt phân phối bên trong thép. Từ đó có những khuyến cáo khi sử dụng công nghệ cắt thép không rỉ bằng plasma với các tấm thép có chiều dày khác nhau. Đồng thời đề xuất một chế độ cắt phù hợp với thép không rỉ khi áp dụng phương pháp cắt bằng plasma. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Trong phạm vi và thời gian thực hiện đề tài này, thép không rỉ có bề dày 8mm được lựa chọn để nghiên cứu chế độ cắt plasma không khí với qui trình cắt tự động.

Phạm vi ứng dụng khi cắt các thép không rỉ được mở rộng đến các chiều dày khác nhau (6 - 12) mm sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Các đối tượng được quan tâm đến gồm: - Các dạng năng lượng tham gia vào quá trình cắt. - Bề rộng mạch cắt và vùng ảnh hưởng nhiệt. Phƣơng pháp nghiên c ứu đề tài - Nghiên cứu lý thuyết để có được kết quả phân tích, tính toán dựa vào lý LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 3 ` thuyết truyền nhiệt - Nghiên cứu thực nghiệm đo nhiệt độ và xác định vùng ảnh hưởng nhiệt.

- Thực nghiệm đo bề rộng rãnh cắt - So sánh kết quả đo và kết quả tính để khẳng định độ tin cậy của kết quả tính theo lý thuyết truyền nhiệt. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - Xác định được ảnh hưởng của một số thông số đến chất lượng sản phẩm khi cắt thép không gỉ bằng plasma - Xác định được bề rộng và kích thước vùng ảnh hưởng nhiệt của thép sau khi cắt. - Cho phép hạn chế công đoạn cắt thử nhiều lần trong thực tiễn làm tăng chi phí gia công. - Cung cấp các khuyến cáo, hướng dẫn khi sử dụng công nghệ cắt bằng plasma để đạt hiệu quả cao trong thực tiễn sản xuất, chế tạo.

LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 4 ` Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Các quy trình cắt kim loại bằng nhiệt khí 1.1 Cắt bằng ô-xy Quá trình cắt bắt đầu bằng sự đốt nóng kim loại đến nhiệt độ cháy (ô-xy hóa mạnh liệt) nhờ ngọn lửa hàn sau đó cho dòng ô-xy thổi qua, để đốt nóng kim loại đến nhiệt độ cháy, khi đã đạt được đến nhiệt độ cháy. Cho dòng ô-xy kỹ thuật nguyên chất (98 ÷ 99,7% O2) vào rãnh giữa của mỏ cắt và nó trực tiếp ô-xy hóa kim loại thành ô xít sắt và thổi xỉ lỏng khỏi rãnh cắt. Sự tạo thành nhiệt do quá trình kim loại cháy trong ô-xy đã làm cho quá trình cắt được liên tục cho đến khi kết thúc đường cắt.

Cắt bằng ô-xy được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp luyện kim và gia công kim loại, đặc biệt là trong ngành luyện kim đen, đóng tàu, chế tạo lò hơi, chế tạo đầu máy toa xe, xây dựng …Việt Nam. Hiện nay cắt bằng phương pháp thủ công vẫn được ứng dụng rộng rãi để cắt thép tấm, mặt tròn và các chi tiết đơn giản hay phức tạp khác. Cắt bằng máy cắt ngày càng phát triển và có năng xuất cao, độ chính xác lớn, mép cắt phẳng nhất là cắt ô-xy, a- xê-ty-len thực hiện trên máy cát CNC. Cắt hồ quang ô-xy Phương pháp này dùng để cắt, khoét rãnh hoặc cắt lỗ kim loại bằng điện cực dạng que hàn, có sử dụng ô-xy.

Điện cực có vỏ bọc bằng thuốc trợ dung, với chức năng ổn định hồ quang và làm sản phẩm cháy trong quá trình cát trở nên lỏng hơn. Lõi của điện cực là lõi rỗng dạng ống qua đó ô-xy được đưa trực tiếp vào vùng hồ quang nơi kim loại được cắt. Kìm cắt được thiết kế đặc biệt để có khả năng dẫn điện đến điện cực và ô-xy đến hồ quang. LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 5 ` Với phương pháp này, hồ quang được đun nóng sơ bộ trước, sự cắt kim loại thực tế được thực hiện bằng dòng ô-xy và thuốc trợ dung, nhờ phối hợp nung chảy, ô-xy hóa, hòa tan, tạo xỉ và phun cơ học.

Trong trường hợp vật liệu có tính chống ô-xy hóa cao, chẳng hạn như thép không rỉ, nhôm và hợp kim nhôm,…. Quá trình cắt chủ yếu do sự nóng chảy. Trong tường hợp này, lớp vỏ bọc điện cực sẽ đẩy kim loại nóng chảy ra xa đường cắt tương tự tác dụng của kim loại bột hoặc chất trợ dung trong quy trình cắt thép không rỉ bằng ô-xy, a-xê-ty-len. Cắt hồ quang, kim loại bằng tay Đây là phương pháp cắt thô sử dụng điện hàn cực thông dụng hoặc điện cực được thiết kế đặc biệt có đường kính từ 4mm đến 6mm với cường độ dòng điện cao hơn so với hàn hồ quang tay 30-50% so với dòng điện hồ quang tương ứng.

Mặc dù có thể dùng dòng điện xoay chiều, nhưng dòng một chiều cực thuận được ưu tiên sử dụng. Đôi khi có thể làm ẩm điện cực, nước trong lớp bọc điện cực làm giảm sự quá nhiệt điện cực và phân hủy trong hồ quang để xuyên thấu sâu hơn. Các tấm dày không quá 10mm có thể cắt dễ dàng bằng cách dịch chuyển điện cực dọc theo đường cắt. Đối với kim loại tấm dày hơn, cần cắt từ phía dưới tấm kim loại và xỉ nóng chảy có thể dễ dàng thoát xuống dưới.

Đường cắt có thể bắt đầu từ mép tấm, hoặc cắt từ lõi công nghệ xuyên qua tấm. Để tạo điều kiện cho kim loại và xỉ nóng thoát ra ngoài, chiều dài hồ quang cần ngắn, trong lúc đồng thời đẩy que hàn vào vũng kim loại nóng chảy và chuyển động que hàn lên xuống theo hình lưỡi liềm. Chuyển động lên trên cần nhanh, trong lúc chuyển động xuống dưới cần tạo ra được tác dụng đẩy kim loại và xỉ nóng ra ngoài rãnh cắt. Khi không có phương pháp nào tốt hơn, phương pháp này được sử dụng để khoét lỗ trong các ống, tấm, để hàn các phần nối thêm sau đó.

LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Cắt bằng điện cực các bon khí nén Phương pháp này dùng trong không khí nén để loại bỏ không khí nóng chảy do hồ quang tạo nên. Nó cho phép vát rãnh vật liệu kim loại. Dòng khí nén tốc độ cao có hướng song song với điện cực Các bon và vị trí hồ quang, có tác dụng thổi kim loại nóng chảy ra khỏi vùng đó.

Các ứng dụng chủ yếu của phương pháp này là cắt kim loại, khoét bỏ những đường hàn hoặc vùng hàn bị khuyết tật và vát rãnh để chuẩn bị mép hàn. Khác với cắt kim loại bằng nguyên liệu khí ô-xy dựa trên sự ô-xy hóa và loại bỏ xỉ nóng chảy thấp, cắt bằng hồ quang không khí chỉ làm nóng chảy mà không ô xy hóa. Quy trình này về cơ bản có tính vật lý, do đó có thể được dùng cho mọi vật liệu kim loại kể cả loại có màng ô xít khó nóng chảy. Cắt bằng hồ quang Plasma Plasma là khí dẫn nhiệu bao gồm các điện tử, ion, phân tử trung hòa.

Plasma cắt kim loại có nhiệt độ từ 50÷30.000K, hình thành khi thổi dòng khí tạo Plasma mà có thể là chất lỏng hoặc hỗn hợp khí và chất lỏng qua hồ quang điện trong mỏ cắt. Thiết bị cắt Plasma bao gồm nguồn điện, bộ điều khiển, một hoặc nhiều loại khí để có khí phun(qua lỗ) và khí bảo vệ, và mỏ cắt, thiết bị có thể vận hành bằng tay hoặc cơ khí hóa. Nguồn điện một chiều với điện áp hở mạch trong khoảng 120-140V và dòng điện 70-1000A. Để cá thép có chiều dày 75mm và nhôm có chiều dày 90mm cần điện áp hở mạch 400V và dòng điện đến 500A.