Dưới đây chúng tôi sẽ trình bày nguyên tắc hoạt động của máy cắt Plasma CNC – loại máy cắt sử dụng công nghệ cắt kim loại bằng tia plasma, tận dụng nhiệt độ cao và tốc độ chuyển động cao của dòng khí phun từ miệng của đầu cắt để làm đứt cắt vật liệu kim loại.
Cơ chế cắt plasma
Plasma hiểu theo khoa học đó là một trạng thái của vật chất khi các chất bị ion hóa mạnh. Đại bộ phận nguyên tử hay phân tử chỉ còn lại hạt nhân còn các electron chuyện động tương đối tự do giữa các hạt nhân.
Máy cắt plasma sử dụng nguyên lý hoạt động của khí plasma để thực hiện quá trình cắt kim loại đó là: dựa trên sự tận dụng nhiệt độ rất cao và dòng khí được truyền tốc độ cực lớn từ miệng phun để làm nóng chảy và thổi bay phần kim loại đối diện nó ra khỏi rãnh cắt. Khi được ứng dụng thích hợp thì đường cắt sẽ thẳng và ít bị xỉ bám, tốc độ cắt chậm có thể giúp quá trình cắt trở nên dễ dàng hơn.
Chất lượng của đường cắt khi cắt bằng máy cắt plasma phụ thuộc vào cường độ dòng điện, loại khí sử dụng, tốc độ cắt và khoảng cách từ đầu cắt tới vật cắt.
Nếu bạn muốn tìm hiểu về máy cắt Plasma CNC thì hãy đọc bài viết sau đây: Toàn bộ thông tin về máy cắt kim loại Plasma CNC
Hệ thống máy cắt plasma gồm những gì?
Một hệ thống cắt plasma cơ bản bao gồm: một bộ nguồn cung cấp năng lượng, một mạch khởi động hồ quang và đầu cắt. Các thành phần hệ thống cung cấp năng lượng điện, khả năng ion hóa và quy trình điều khiển là cần thiết để cho ra đường cắt chất lượng và năng suất cao trên nhiều loại kim loại khác nhau.
Bộ nguồn cung cấp năng lượng là một nguồn điện một chiều liên tục có điện áp từ 240 đến 400 VDC. Dòng điện ngõ ra của bộ nguồn xác định tốc độ và độ dày vật liệu cần cắt của hệ thống. Chức năng chính của bộ nguồn là để cung cấp năng lượng chính xác để duy trì hồ quang plasma sau khi ion hóa.
Mạch khởi động hồ quang là một bộ phát tần số cao tạo ra một điện áp xoay chiều từ 5000 đến 10000 volt ở tần số 2 triệu Hz (2MHz). Điện áp này được sử dụng để tạo ra một hồ quang cường độ cao bên trong đầu cắt để ion hóa khí, vì thế tạo ra plasma.
Đầu cắt dùng để giữ các chi tiết tiêu hao như vòi phun (béc cắt) và điện cực, cung cấp chất làm mát (khí hoặc nước) đến những bộ phận này. Các vòi phun và điện cực nén và duy trì tia plasma.
Khí tạo Plasma là loại khí nào?
Môi trường khí tạo plasma phải bảo đảm: tạo dáng hữu hiệu cho hồ quang cắt; tạo bề mặt cắt chất lượng cao; truyền nhiệt hữu hiệu vào kim loại vật cắt; tuổi thọ cao cho các chi tiết của mỏ cắt; bổ sung thêm nhiệt cắt thông qua phản ứng tỏa nhiệt và có tính kinh tế, an toàn.
Các khí tạo plasma hay dùng là nitơ, argon, hydro, oxi, không khí nén. Khí trơ cho bề mặt cắt sạch nhất, thích hợp cho kim loại màu. Khí O2 nguyên tử có tác dụng cải thiện việc truyền năng lượng vào hồ quang cho vật cắt thông qua cơ chế phân ly – tái hợp. Khí chứa oxi có hiệu quả năng lượng cao khi cắt, tạo phản ứng tỏa nhiệt của oxi với vật liệu cắt, cho năng suất cao. Khí được sử dụng nhiều nhất là không khí nén. Có thể bổ sung nước vào mỏ cắt để cải thiện chất lượng bề mặt cắt thép và tăng tốc độ cắt. Cũng có thể bổ sung khí cháy để tăng tốc độ cắt đồng và hợp kim đồng và cải thiện chất lượng bề mặt cắt.
Nguyên tắc hoạt động của Máy cắt Plasma CNC
Trong hoạt động của máy cắt plasma cnc thì nguồn cung cấp điện và mạch khởi động hồ quang được nối với nhau qua những ống và dây dẫn bên trong. Những ống và dây dẫn này cung cấp dòng điện, dòng khí và dòng hồ quang mồi thích hợp đến các đầu cắt để mồi và duy trì quá trình cắt vật liệu bằng máy cắt plasma cnc. Nguyên tắc hoạt động của máy cắt plasma cnc bao gồm các bước như sau:
1. Khởi động
Đầu tiên sẽ có một tín hiệu khởi động sẽ được gửi đến bộ cấp nguồn điện, dòng điện với điện áp 280 VDC được kích hoạt và dòng khí bắt đầu di chuyển đến đầu cắt của máy cắt plasma cnc. Điện áp này được đo từ điện cực tới vòi phun của máy cắt plasma cnc. Vùi phun của máy được nối với cực dương của bộ nguồn qua một điện trở và relay. Trong khi đó vật liệu cắt được nối trực tiếp vào cực dương của bộ nguồn. Luồng khí sẽ đi qua vòi phun trước và sau đó thoát ra ngoài môi trường. Giai đoạn 1 ngày thì điện áp đang hở mạch nên không có tia hồ quang nào phát ra và cũng không có dòng điện chạy qua nguồn DC.
2. Tạo dòng hồ quang mồi
Khi dòng khí đã ổn định thì mạch hồ quang mới bắt đầu được khởi động. Một điện áp cao từ 5000 đến 10000 VAC được mạch hồ quang tạo ra với tần số rất cao. Bây giờ vào lúc này, dòng điện sẽ được phóng qua giữa điện cực và vòi phun bên trong đầu cắt. Đây cũng là nơi để dòng khí tạo plasma phải đi qua để đi ra ngoài môi trường. Nặng lượng đã dược chuyền từ tia lửa điện ở tần số cao qua dòng khí làm cho dòng khí bị ion hóa và có khả năng dẫn điện. Do đó, nó sẽ tạo ra một đường dây dẫn điện giữa điện cực và vòi phun do dòng khí đã bị ion hóa. Tia hồ quang được hình thành trong quá trình này và nó bị dòng khí đẩy đến lỗ của vòi phun và đi ra ngoài tạo thành dòng hồ quang mồi.
3. Kết thúc quá trình tạo tia hồ quang mồi
Khi vòi phun được di chuyển đến gần vật liệu cắt thì dòng hồ quang plasma sẽ đánh vào vật liệu cắt như là đường dẫn dòng điện đến cực dương của bộ nguồn. Dòng hồ quang này không bị giới hạn bởi điện trở như ở vòi phun nối đến cực dương. Bộ nguồn điện sẽ nhận biết được dòng điện chạy qua vật liệu cắt. Lúc này, bộ khởi động tia hồ quang sẽ tự động ngưng làm việc và pilot realy được mở ra khi dòng điện chạy qua vật liệu cắt được nhận biết. Dòng ion hóa được duy trì với năng lượng từ hồ quang plasma của dòng điện một chiều.
4. Bắt đầu quá trình cắt vật liệu
Tia hồ quang có khả năng làm tan chảy các vật liệu cắt bằng kim loại vì nó có nhiệt độ rất cao. Nó làm tan chảy, đánh thủng và thổi bay phần vật liệu nóng chảy xuống phía dưới đường cắt nhờ tốc độ cực cao của dòng khí. Lúc này, quá trình cắt bắt đầu được diễn ra và máy cắt được tự động điều khiển đi theo những đường cắt đã được vẽ sẵn trên máy tính.
5. Qúa trình cắt và điều khiển độ cao
Bộ điều khiển độ cao của máy cắt plasma cnc bắt đầu được hoạt động khi máy cắt plasma cnc bắt đầu di chuyển theo những đường trên bản vẽ. Tùy thuộc vào độ cong vênh của vật liệu cắt mà bộ điều khiển độ cao sẽ tự động cảm ứng khoảng cách và điều khiển độ cao một cách hợp lý và tự động để đảm bảo rằng độ cao từ vòi phun đến vật liệu luôn được ổn định và sản phẩm cắt luôn được như mong muốn.
Sưu tầm
