Vì sao thép tấm bị cong sau khi cắt laser? Nguyên nhân và cách hạn chế

Cắt laser được sử dụng rộng rãi trong gia công thép tấm nhờ khả năng tạo ra các đường cắt có độ chính xác cao, phù hợp với nhiều dạng chi tiết và bản vẽ phức tạp.

Tuy nhiên, trong thực tế sản xuất, có một tình huống không ít người gặp phải: tấm thép trước khi cắt tương đối phẳng, nhưng sau khi cắt xong một số chi tiết lại xuất hiện tình trạng cong, vênh hoặc biến dạng.

Vậy nguyên nhân nằm ở đâu?

Có phải cứ cắt laser là thép sẽ bị cong? Hay vấn đề nằm ở chiều dày, vật liệu, nhiệt cắt hoặc cách bố trí chi tiết trên tấm?

Thực tế, hiện tượng này thường không đến từ một yếu tố duy nhất mà là kết quả của nhiều yếu tố tác động đồng thời trong quá trình gia công.

1. Vì sao thép tấm có thể bị cong khi cắt laser?

Về bản chất, cắt laser sử dụng một nguồn nhiệt tập trung rất lớn để làm nóng chảy hoặc loại bỏ vật liệu tại vùng cắt.

Trong quá trình đó, khu vực gần đường cắt chịu tác động nhiệt trong khi phần vật liệu xung quanh có nhiệt độ thấp hơn. Khi vật liệu nóng lên, nó có xu hướng giãn nở; khi nguội xuống, vật liệu lại co lại.

Sự giãn nở và co ngót không đồng đều này có thể tạo ra ứng suất và biến dạng trong tấm thép.

Đặc biệt, khi một tấm thép được cắt thành nhiều chi tiết có hình dạng, kích thước và khoảng cách khác nhau, trạng thái ứng suất của tấm cũng thay đổi theo quá trình cắt.

Vì vậy, việc một chi tiết bị cong sau khi cắt không nhất thiết có nghĩa là máy cắt hoạt động không chính xác.

2. Chiều dày thép ảnh hưởng như thế nào?

Chiều dày là một trong những yếu tố cần xem xét đầu tiên.

Với thép tấm mỏng, tác động nhiệt có thể dễ dàng ảnh hưởng đến độ phẳng của vật liệu hơn so với những tấm có độ dày lớn và độ cứng vững cao hơn.

Tuy nhiên, không nên hiểu đơn giản rằng:Thép càng mỏng thì chắc chắn càng cong, thép càng dày thì chắc chắn không cong.

Thực tế còn phụ thuộc vào:

• Mác thép và đặc tính vật liệu.
• Kích thước tấm.
• Hình dạng chi tiết.
• Mật độ đường cắt.
• Khoảng cách giữa các đường cắt.
• Thứ tự cắt.
• Thông số cắt.
• Cách bố trí chi tiết trên tấm.

Do đó, cùng một chiều dày nhưng hai bản cắt khác nhau hoàn toàn có thể cho kết quả khác nhau.

3. Hình dạng chi tiết cũng có thể ảnh hưởng đến độ biến dạng

Đây là một yếu tố rất dễ bị bỏ qua.

Hãy thử hình dung một tấm thép được cắt thành những chi tiết đơn giản, kích thước lớn và ít đường cắt.

So với một tấm khác được cắt thành hàng chục chi tiết nhỏ, nhiều lỗ, nhiều góc và nhiều đường biên sát nhau, lượng nhiệt tác động lên vật liệu sẽ có sự khác biệt đáng kể.

Những chi tiết:

• dài và hẹp;
• có nhiều đường cắt;
• có nhiều lỗ;
• có phần vật liệu còn lại rất nhỏ;
• hoặc có hình dạng không đối xứng

có thể nhạy cảm hơn với biến dạng trong một số điều kiện gia công.

Đặc biệt, khi phần vật liệu còn lại sau quá trình cắt không đủ độ cứng vững, chi tiết có thể dễ thay đổi hình dạng hơn khi chịu tác động của nhiệt.

4. Cắt quá nhiều chi tiết trên cùng một tấm có thể làm bài toán trở nên phức tạp hơn

Trong sản xuất thực tế, việc tận dụng vật liệu là rất quan trọng.

Một tấm thép có thể được bố trí nhiều chi tiết khác nhau để giảm lượng vật liệu dư.

Đây là bài toán nesting – sắp xếp các chi tiết trên tấm vật liệu sao cho sử dụng diện tích hiệu quả.

Nhưng tối ưu vật liệu không có nghĩa là chỉ cần “xếp càng kín càng tốt”.

Khi các chi tiết được bố trí quá dày hoặc các đường cắt tập trung trong một khu vực, nhiệt có thể tích tụ và làm thay đổi trạng thái của vật liệu trong quá trình cắt.

Vì vậy, một phương án cắt tốt cần cân bằng nhiều yếu tố:

Tiết kiệm vật liệu + thời gian cắt + thứ tự cắt + khả năng thoát nhiệt + độ ổn định của chi tiết sau cắt.

Đây cũng là lý do cùng một bộ bản vẽ nhưng cách bố trí khác nhau có thể cho kết quả gia công khác nhau.

5. Thông số cắt cũng là một yếu tố quan trọng

Không có một bộ thông số duy nhất phù hợp cho mọi loại thép và mọi chiều dày.

Công suất laser, tốc độ cắt, khí hỗ trợ, tiêu điểm và nhiều thông số khác đều có thể ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt vào vật liệu.

Nếu quá trình cắt đưa vào vật liệu lượng nhiệt không phù hợp, vùng ảnh hưởng nhiệt và mức độ biến dạng có thể thay đổi.

Do đó, khi gia công thép tấm, việc lựa chọn thông số cắt cần dựa trên vật liệu thực tế, chiều dày, hình dạng chi tiết và yêu cầu của sản phẩm, thay vì chỉ dựa vào một thông số cố định.

6. Bản thân tấm thép trước khi cắt cũng rất quan trọng

Đây là điểm nhiều người thường bỏ qua khi tìm nguyên nhân.

Một tấm thép nhìn bằng mắt thường có thể tương đối phẳng nhưng bên trong vẫn có thể tồn tại ứng suất từ quá trình sản xuất, vận chuyển hoặc các công đoạn trước đó.

Khi cắt bỏ một phần vật liệu, trạng thái cân bằng của tấm bị thay đổi.

Phần ứng suất tồn tại trước đó có thể được giải phóng và biểu hiện thành:

• cong;
• vênh;
• xoắn;
• hoặc thay đổi độ phẳng.

Vì vậy, không phải toàn bộ biến dạng sau khi cắt đều được tạo ra bởi quá trình laser.

Có trường hợp nguyên nhân nằm ở trạng thái ban đầu của vật liệu, sau đó quá trình cắt chỉ làm biến dạng đó biểu hiện rõ hơn.

7. Có thể hạn chế thép bị cong sau khi cắt laser bằng cách nào?

Không có một phương pháp duy nhất áp dụng cho mọi trường hợp.

Thông thường cần kiểm soát từ trước khi đưa tấm thép lên máy.

Thứ nhất: Kiểm tra vật liệu đầu vào

Cần xác định đúng:

• loại thép;
• mác thép;
• chiều dày;
• quy cách;
• tình trạng bề mặt;
• độ phẳng của tấm.

Đặc biệt với những đơn hàng yêu cầu độ chính xác cao, việc kiểm soát vật liệu ngay từ đầu giúp giảm rủi ro trong các công đoạn sau.

Thứ hai: Xem xét lại phương án bố trí chi tiết

Không chỉ quan tâm đến việc tiết kiệm thép.

Cần cân nhắc cả:

• vị trí chi tiết;
• khoảng cách giữa các chi tiết;
• hướng đặt chi tiết;
• mật độ đường cắt;
• thứ tự cắt.

Một phương án nesting hiệu quả không chỉ là phương án ít phế liệu, mà còn phải phù hợp với yêu cầu gia công.

Thứ ba: Kiểm soát thông số cắt

Thông số cần được lựa chọn phù hợp với từng nhóm vật liệu và chiều dày.

Mục tiêu không đơn thuần là cắt được chi tiết mà còn phải kiểm soát chất lượng đường cắt và tác động nhiệt lên vật liệu.

Thứ tư: Kiểm tra chi tiết sau khi cắt

Với những chi tiết có yêu cầu về độ phẳng hoặc kích thước nghiêm ngặt, nên có bước kiểm tra sau cắt trước khi chuyển sang công đoạn tiếp theo.

Việc phát hiện biến dạng ngay ở công đoạn cắt sẽ dễ xử lý hơn so với khi chi tiết đã tiếp tục qua chấn, hàn hoặc lắp ráp.

8. Có phải cứ thép bị cong sau khi cắt laser là phải loại bỏ?

Không nhất thiết.

Mức độ ảnh hưởng còn phụ thuộc vào yêu cầu kỹ thuật của từng chi tiết.

Một chi tiết có thể vẫn đáp ứng yêu cầu sử dụng nếu độ biến dạng nằm trong giới hạn cho phép.

Ngược lại, với những chi tiết yêu cầu độ phẳng cao hoặc cần lắp ghép chính xác, một mức biến dạng nhỏ cũng có thể ảnh hưởng đến công đoạn tiếp theo.

Vì vậy, điều quan trọng không phải chỉ là hỏi:“Chi tiết có bị cong không?”

mà nên đặt câu hỏi:“Độ cong đó có vượt quá yêu cầu kỹ thuật của chi tiết hay không?”

Đây mới là cơ sở để đánh giá sản phẩm sau gia công.

9. Khi đặt gia công thép tấm, cần trao đổi gì để hạn chế vấn đề này?

Nếu gửi bản vẽ cho đơn vị gia công, ngoài bản vẽ hình học, những yêu cầu liên quan đến sản phẩm cũng nên được xác định rõ ngay từ đầu.

Chẳng hạn:

• Loại vật liệu và mác thép.
• Chiều dày.
• Kích thước vật liệu.
• Dung sai kích thước.
• Yêu cầu về độ phẳng nếu có.
• Các vị trí lỗ và kích thước lỗ quan trọng.
• Công đoạn tiếp theo của chi tiết.
• Yêu cầu đặc biệt về bề mặt hoặc mép cắt.

Điều này đặc biệt quan trọng đối với các chi tiết sau khi cắt còn phải chấn, hàn hoặc lắp ráp.

Bởi vì yêu cầu của công đoạn tiếp theo sẽ ảnh hưởng ngược trở lại cách lựa chọn phương án cắt ngay từ đầu.

10. Cắt laser chính xác không có nghĩa là chi tiết chắc chắn không biến dạng

Đây là điểm cần phân biệt rõ.

Độ chính xác của đường cắt và độ phẳng của chi tiết sau khi cắt là hai vấn đề có liên quan nhưng không hoàn toàn giống nhau.

Máy có thể tạo ra đường cắt đúng vị trí, nhưng chi tiết vẫn có thể xuất hiện biến dạng do:

• ứng suất trong vật liệu;
• tác động nhiệt;
• hình dạng chi tiết;
• phương án bố trí;
• thứ tự cắt;
• hoặc các yếu tố khác trong quá trình gia công.

Vì vậy, khi đánh giá một sản phẩm cắt laser, không nên chỉ nhìn vào đường cắt có đẹp hay không.

Cần nhìn toàn bộ trạng thái của chi tiết sau khi tách khỏi tấm vật liệu.

Kết luận

Hiện tượng thép tấm bị cong hoặc vênh sau khi cắt laser là một vấn đề cần được nhìn từ cả vật liệu và quá trình gia công, thay vì quy ngay nguyên nhân cho máy cắt.

Từ trạng thái ban đầu của tấm thép, chiều dày, hình dạng chi tiết, cách bố trí trên tấm cho đến thông số và thứ tự cắt đều có thể ảnh hưởng đến kết quả cuối cùng.

Đặc biệt với những đơn hàng có nhiều chi tiết, hình dạng phức tạp hoặc yêu cầu độ chính xác cao, việc lựa chọn phương án gia công ngay từ đầu có thể ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng sản phẩm và lượng vật liệu sử dụng.

Tại BMP Steel, ngoài cung cấp thép và inox, chúng tôi cũng thực hiện gia công thép tấm theo bản vẽ với các công đoạn như cắt laser, chấn và hàn. Việc trao đổi rõ yêu cầu vật liệu, bản vẽ và công đoạn sử dụng tiếp theo giúp quá trình tư vấn phương án gia công sát với nhu cầu thực tế hơn.

Nếu Sếp Khiết muốn kéo SEO mạnh hơn, em sẽ không dừng ở bài này. Bài này nên làm bài trụ cột, sau đó kéo thành cụm:

• Vì sao thép tấm bị cong sau khi cắt laser?
• Vì sao lỗ cắt laser bị sai kích thước?
• Vì sao mép cắt laser bị ba via?
• Cắt laser và plasma khác nhau thế nào?
• Cắt laser thép tấm dày có những yêu cầu gì?
• Dung sai khi cắt laser thép tấm được hiểu như thế nào?
• Vì sao chi tiết bị biến dạng sau khi chấn?
• Gửi bản vẽ gia công thép cần những thông tin gì?

Như vậy website bắt đầu hình thành một “cụm SEO gia công thép”, thay vì mỗi tháng lại viết một bài thép chung chung.