Trong ngành cơ khí, cắt kim loại là một công đoạn quan trọng giúp tạo hình, chia tách hoặc hoàn thiện chi tiết theo yêu cầu kỹ thuật.
Ngày nay, cùng với sự phát triển của công nghệ, quá trình cắt không chỉ dựa vào dao cơ học truyền thống mà đã được thay thế bởi các công nghệ hiện đại như laser, plasma và tia nước.
Mỗi phương pháp có nguyên lý hoạt động, ưu – nhược điểm và phạm vi ứng dụng khác nhau, phù hợp cho từng loại vật liệu và độ dày kim loại cụ thể.
Phương pháp cắt laser (Laser Cutting)
Nguyên lý hoạt động:
Cắt laser sử dụng tia laser hội tụ với năng lượng cao, tập trung tại một điểm nhỏ trên bề mặt kim loại.
Nhiệt độ tại điểm tiếp xúc có thể lên tới 3.000 – 20.000°C, đủ để làm tan chảy hoặc bốc hơi vật liệu, trong khi luồng khí nén (O₂, N₂) thổi bay phần kim loại nóng chảy ra khỏi khe cắt.
Đặc điểm nổi bật:
-
Độ chính xác cực cao (sai số ±0.05 mm).
-
Đường cắt mịn, bề mặt không cần xử lý lại.
-
Có thể cắt các hoa văn phức tạp, chi tiết nhỏ.
Ưu điểm:
-
Cắt được nhiều loại vật liệu: thép, inox, nhôm, đồng, titan…
-
Ít biến dạng nhiệt, không gây ba via.
-
Tốc độ cắt nhanh, tiết kiệm thời gian.
Nhược điểm:
-
Chi phí đầu tư máy cao.
-
Không phù hợp cho vật liệu quá dày (>25mm).
-
Hiệu suất giảm với vật liệu phản xạ cao (như nhôm, đồng).
Ứng dụng:
Cắt laser thường được sử dụng trong ngành điện – điện tử, nội thất, ô tô, hàng không, trang trí kim loại, nơi cần độ chính xác và thẩm mỹ cao.
Phương pháp cắt plasma (Plasma Cutting)
Nguyên lý hoạt động:
Cắt plasma sử dụng tia hồ quang điện được tạo ra giữa điện cực và kim loại cần cắt.
Khí nén (thường là không khí, O₂ hoặc Argon) được ion hóa ở nhiệt độ cao, biến thành dòng plasma có nhiệt độ lên đến 25.000°C, giúp kim loại tan chảy và bị thổi ra khỏi rãnh cắt.
Đặc điểm nổi bật:
-
Tốc độ cắt nhanh, phù hợp với tấm kim loại dày.
-
Không yêu cầu bề mặt vật liệu quá phẳng.
-
Có thể cắt thép, inox, nhôm, đồng, gang và nhiều kim loại dẫn điện khác.
Ưu điểm:
-
Hiệu suất cao, chi phí đầu tư thấp hơn laser.
-
Cắt được vật liệu có độ dày từ 1mm đến 50mm.
-
Tốc độ cắt nhanh gấp 2–3 lần so với oxy-gas.
Nhược điểm:
-
Độ chính xác thấp hơn laser.
-
Đường cắt thường bị xỉ hoặc gợn nhẹ, cần xử lý sau gia công.
-
Gây tiếng ồn và tia lửa khi vận hành.
Ứng dụng:
Cắt plasma thường thấy trong công trình cơ khí, đóng tàu, chế tạo khung thép, kết cấu nhà xưởng, xe cơ giới, nơi ưu tiên tốc độ và hiệu suất hơn độ mịn bề mặt.
Phương pháp cắt bằng tia nước (Waterjet Cutting)
Nguyên lý hoạt động:
Cắt tia nước dùng dòng nước áp suất cực cao (2.000 – 6.000 bar), đôi khi kết hợp với hạt mài (garnet) để tăng khả năng cắt.
Dòng tia siêu nhỏ (đường kính chỉ 0,1–0,3 mm) tác động mạnh mẽ, bào mòn bề mặt vật liệu và tách rời chi tiết theo đường cắt định sẵn.
Đặc điểm nổi bật:
-
Không sinh nhiệt → không gây biến dạng, cháy cạnh hay oxy hóa.
-
Cắt được hầu hết vật liệu: kim loại, đá, gốm, kính, cao su, composite…
-
Độ chính xác cao (±0.1 mm).
Ưu điểm:
-
Cắt được vật liệu dày tới 200mm.
-
Bề mặt cắt mịn, không cần xử lý lại.
-
An toàn môi trường, không phát sinh khói hay tia lửa.
Nhược điểm:
-
Tốc độ chậm hơn laser và plasma.
-
Chi phí vận hành cao do tiêu hao nước, hạt mài và năng lượng.
-
Hệ thống máy phức tạp, cần bảo trì thường xuyên.
Ứng dụng:
Công nghệ cắt tia nước được sử dụng trong ngành hàng không, cơ khí chính xác, gia công đá – kính – gốm – vật liệu composite, hoặc những sản phẩm cần độ mịn và không biến dạng nhiệt.
So sánh ba phương pháp cắt kim loại phổ biến
| Tiêu chí | Cắt Laser | Cắt Plasma | Cắt Tia Nước |
|---|---|---|---|
| Nguồn năng lượng | Tia laser | Hồ quang plasma | Dòng nước áp suất cao |
| Độ chính xác | Rất cao | Trung bình | Cao |
| Tốc độ cắt | Nhanh | Rất nhanh | Trung bình |
| Độ dày cắt tối đa | ~25mm | ~50mm | ~200mm |
| Ảnh hưởng nhiệt | Có nhưng nhỏ | Có, dễ cháy cạnh | Không có |
| Chi phí đầu tư | Cao | Trung bình | Cao |
| Ứng dụng chính | Chi tiết mỏng, hoa văn, trang trí | Kết cấu thép, công nghiệp nặng | Vật liệu đặc biệt, cần bề mặt đẹp |
Lựa chọn phương pháp cắt phù hợp
Việc lựa chọn công nghệ cắt phụ thuộc vào:
-
Loại vật liệu (thép, inox, nhôm, composite…)
-
Độ dày chi tiết
-
Yêu cầu về độ chính xác và thẩm mỹ
-
Chi phí đầu tư và quy mô sản xuất
Nếu cần độ chính xác và thẩm mỹ cao, chọn cắt laser.
Nếu cần hiệu suất và tiết kiệm, plasma là lựa chọn hợp lý.
Nếu vật liệu nhạy nhiệt hoặc yêu cầu đường cắt siêu mịn, nên chọn tia nước.
Kết luận
Ba phương pháp cắt kim loại phổ biến – laser, plasma và tia nước – đều mang lại hiệu quả vượt trội so với cách cắt cơ học truyền thống.
Tùy mục đích sử dụng và đặc tính vật liệu, người làm cơ khí có thể chọn công nghệ phù hợp để đạt năng suất cao, tiết kiệm chi phí và đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Trong xu thế sản xuất hiện đại, cắt laser và tia nước đang dần trở thành xu hướng, nhờ khả năng chính xác, tự động hóa và thân thiện với môi trường.
