Hướng dẫn về hỗ trợ khí và hút khói: Chọn kích thước máy nén, ống dẫn và bộ lọc

Hướng dẫn về hỗ trợ khí và hút khói: Chọn kích thước máy nén, ống dẫn và bộ lọc

Tại sao khí hỗ trợ và hệ thống hút ảnh hưởng đến năng suất không kém gì tia laser

Hầu hết các quyết định mua hàng đều tập trung vào tia laser: công suất ống phóng, kích thước bàn làm việc, hệ thống chuyển động. Sau đó, máy được giao, kết nối với máy nén và hệ thống ống dẫn sẵn có trong tòa nhà, và chưa bao giờ vận hành đạt hiệu suất như trong buổi trình diễn.

Tia laser là nguồn nhiệt. Khí hỗ trợ và hệ thống hút là các yếu tố kiểm soát quy trình bao quanh nguồn nhiệt đó, và chúng quyết định bốn yếu tố xuất hiện trong mọi công việc:

• Chất lượng mép cắt. Khí thổi đẩy vật liệu nóng chảy hoặc hóa hơi ra khỏi khe cắt trước khi chúng đông đặc lại trên chi tiết.
• Tốc độ cắt. Một khe cắt sạch giúp tăng tốc độ cắt ở cùng mức công suất, vì chùm tia không phải gia nhiệt lại các mảnh vụn do chính nó tạo ra.
• Nguy cơ cháy. Khí hỗ trợ giữ vùng cắt dưới ngưỡng bắt lửa đối với giấy, bìa cứng và xốp; hệ thống hút loại bỏ khói mang theo tàn lửa.
• Tuổi thọ máy. Áp suất dương tại vòi phun giữ bụi bẩn không bám vào thấu kính, và hệ thống hút khí loại bỏ chúng khỏi đường đi của quang học.

Không có thành phần nào trong số này là thiết bị tùy chọn theo bất kỳ nghĩa nào thực sự có ý nghĩa. Một máy laser hoạt động với lượng khí và hệ thống hút không đủ sẽ chỉ đạt một phần nhỏ khả năng thiết kế, và người vận hành thường đổ lỗi cho máy móc.

Công dụng thực tế của khí hỗ trợ, và những vấn đề nó không thể khắc phục

Khí hỗ trợ thực hiện đồng thời ba nhiệm vụ, và việc tách biệt các nhiệm vụ này là hữu ích vì mỗi nhiệm vụ có cơ chế hỏng hóc riêng.

Làm sạch rãnh cắt. Trên mica, vật liệu bay hơi; trên gỗ dăm ép (MDF) và tấm ván, vật liệu rời ra dưới dạng than và bụi; trên vải, vật liệu chảy do nhiệt. Trong mọi trường hợp, luồng khí phải đẩy vật liệu này ra ngoài rãnh cắt trước khi nó lắng đọng. Luồng khí yếu khiến vật liệu đông lại thành hạt ở mặt dưới và tạo mép cắt có vết khói.

Làm mát vùng cắt. Trên gỗ, giấy và tấm ván, khí hỗ trợ làm giảm cháy phụ và giữ cho đường viền than hẹp. Đây là lý do vì sao cùng một mức công suất lại cho mép cắt sạch trên một máy nhưng lại để lại vết cháy trên máy khác: luồng khí cung cấp khác nhau.

Bảo vệ ống kính. Một vòi phun có áp suất dương đẩy bụi bẩn ra xa khẩu độ ống kính. Một ống kính bẩn hấp thụ năng lượng, nóng lên và cuối cùng hỏng — vì vậy nhiễm bẩn ống kính thường là dấu hiệu của vấn đề về khí chứ không phải vấn đề về làm sạch.

Những điều mà khí không thể khắc phục cũng quan trọng không kém. Khí sẽ không bù đắp cho việc lấy nét sai, công suất sai, mặt bàn cắt không cân bằng, tấm vật liệu bị cong vênh hoặc vật liệu không phù hợp để gia công trên máy. Việc bổ sung khí vào một công việc được thiết lập sai chỉ khiến vết cắt kém chất lượng trông sạch hơn ở bề mặt.

Khí dư thừa cũng gây ra những chi phí riêng. Nó làm nâng vật liệu nhẹ như vải và giấy mỏng lên khỏi mặt bàn, làm nguội vết cắt khiến rãnh cắt không thoát được hoàn toàn, đẩy tàn lửa vào đường ống hút khí và tạo ra dòng chảy rối làm lắng đọng bụi bẩn ở những vị trí người vận hành chưa bao giờ làm sạch.

Xác định kích thước nguồn cung cấp khí: áp suất, lưu lượng và chu kỳ làm việc

Nguồn cung cấp khí là nơi dễ xảy ra những sai lầm tốn kém nhất, bởi vì hai con số trông tương tự thực tế lại đại diện cho các yêu cầu khác nhau.

Áp suất và lưu lượng không thể thay thế cho nhau. Một máy nén có thể cung cấp áp suất cao qua một lỗ nhỏ nhưng vẫn chỉ vận chuyển rất ít khí. Vòi phun cần một lưu lượng cụ thể ở một áp suất cụ thể, và cả hai thông số này được xác định bởi kích thước lỗ vòi phun cũng như loại vật liệu đang cắt. Một máy được thiết kế để cắt MDF dày đòi hỏi khả năng thổi sạch lớn hơn so với máy cắt giấy, ngay cả khi cả hai đều sử dụng cùng đầu cắt.

Thông số kỹ thuật do máy quy định, chứ không do danh mục sản phẩm của máy nén. Bắt đầu với vòi phun và nguồn cung cấp được khuyến nghị trong tài liệu hướng dẫn máy, sau đó xác minh lưu lượng tại vòi phun bằng đồng hồ đo lưu lượng. Việc đo tại đầu ra của máy nén không cho biết bất cứ điều gì về lượng khí thực tế đến được vị trí cắt.

Chu kỳ vận hành quyết định liệu máy nén có chịu đựng được quá trình sản xuất hay không. Các máy nén được xếp hạng theo chế độ làm việc ngắt quãng hoặc liên tục. Một máy nén nhỏ dành cho xưởng thủ công — phù hợp với mục đích nghiệp dư — sẽ bị quá nhiệt và tự ngắt giữa ca sản xuất. Việc cắt trong sản xuất đòi hỏi máy nén được xếp hạng cho chế độ chạy liên tục, hoặc quạt thổi được thiết kế đặc biệt cho chế độ làm việc này.

Dung tích bình chứa giúp san bằng nhu cầu tiêu thụ. Bình chứa không nhằm mục đích tích trữ khí cho cả ngày; mà để hấp thụ đỉnh nhu cầu đột ngột khi vòi phun mở ra. Bình chứa có dung tích quá nhỏ khiến máy nén phải bật/tắt liên tục, chạy nóng và giảm tuổi thọ.

Tính toán công suất theo tổng nhu cầu đồng thời. Hai đầu cắt, một máy thứ hai hoặc khí nén cũng dùng cho công việc vệ sinh và thổi sạch đều làm tăng tổng nhu cầu. Hãy tính toán công suất nguồn cung dựa trên tổng nhu cầu, chứ không chỉ cho một vòi phun.

Khí khô, không dầu là một phần trong thông số kỹ thuật. Nước và dầu di chuyển cùng không khí, đến vòi phun và cuối cùng bám lên bề mặt ống kính cũng như vào vùng cắt. Bộ lọc - điều chỉnh áp suất gắn trên máy, bộ làm khô đặt phía thượng lưu và bình chứa có van xả nước không phải là phụ kiện — mà chính là những thành phần khiến thông số áp suất trở nên có ý nghĩa.

Một quy tắc thực tiễn bao quát phần lớn nội dung trong mục này: đo tại vòi phun và tính toán kích thước hệ thống dựa trên nhu cầu đồng thời cao nhất chứ không phải nhu cầu trung bình.

Thiết kế ống dẫn: Phần mà hầu hết mọi người đều làm sai

Hệ thống hút khói thất bại thường xuyên hơn do thiết kế ống dẫn sai chứ không phải do quạt yếu. Một quạt chỉ có thể vận chuyển lượng không khí mà ống dẫn cho phép nó vận chuyển.

Bắt giữ ngay tại nguồn phát sinh. Hệ thống hút khói hoạt động hiệu quả khi bắt giữ khói ngay tại đầu cắt, chứ không phải khi làm sạch không khí trong phòng sau đó. Một chụp hút vừa khít tại vòi phun kết hợp với đoạn ống dẫn ngắn đến quạt sẽ mang lại hiệu suất vượt trội so với một quạt lớn hơn nhiều nhưng phải kéo không khí qua đoạn ống dài và rò rỉ.

Đường kính ống dẫn xác định vận tốc dòng khí, và vận tốc dòng khí quyết định việc bụi có lắng xuống hay không. Ống dẫn quá nhỏ gây ra vận tốc cao nhưng lưu lượng thấp và quạt hoạt động ồn ào, căng thẳng. Ống dẫn quá lớn dẫn đến vận tốc thấp, khiến vật liệu được hút — như bụi MDF, bụi bìa các-tông, xơ vải — lắng xuống và tích tụ ở đáy đoạn ống. Vận tốc trong ống phải luôn cao hơn vận tốc lắng của loại vật liệu cụ thể; vì vậy cùng một ống dẫn có thể hoạt động tốt với loại vật liệu này nhưng lại bị tắc với loại vật liệu khác.

Mỗi khúc cong đều làm giảm hiệu suất. Các cút nối, các đoạn ống nằm ngang dài và ống mềm gợn sóng đều làm tăng trở lực. Ống mềm tiện lợi ở đầu máy, nhưng nếu dùng đoạn ống mềm dài thì dễ giữ lại mảnh vụn và làm giảm đáng kể lưu lượng khí. Hãy giữ các đoạn ống ngắn, sử dụng các khúc cong từ từ thay vì các cút nối gấp, đồng thời cố định chắc chắn các đoạn ống nằm ngang để tránh võng tạo thành chỗ đọng.

Không khí bổ sung là bắt buộc. Một máy trong phòng kín không thể hút khí ra được vì không có không khí thay thế nào tràn vào. Nếu cửa phải đóng lại để giảm tiếng ồn, phòng cần có đường dẫn không khí bổ sung riêng biệt; nếu không, hiệu quả hút khí sẽ suy giảm ngay khi cửa đóng.

Hướng đi của luồng khí rất quan trọng. Khói thải không được xả gần cửa sổ, gần miệng hút khí tươi hoặc gần đầu vào khí tươi của đơn vị lân cận. Hãy kiểm tra các yêu cầu địa phương trước khi xác định vị trí đầu ra.

Làm sạch ống dẫn. Ống dẫn tích tụ muội than, bụi và hơi ngưng tụ; lớp bám này vừa tạo thành đường dẫn lửa vừa gây cản trở dòng chảy. Một ống dẫn chưa từng được mở ra là một ống dẫn mà không ai biết tình trạng thực tế của nó.

Lọc: Khi bạn không thể xả ra ngoài

Lọc tuần hoàn giải quyết một vấn đề thực tế — một máy trong phòng không có tường ngoài — nhưng chỉ hiệu quả nếu bộ lọc phù hợp với loại vật liệu.

Bụi gỗ và bụi MDF cần lọc cơ học và dung tích chứa bụi lớn. Bộ lọc sơ bộ nhanh chóng bão hoà, và đây thường là nguyên nhân khiến hệ thống 'đang hoạt động' ngừng làm sạch khói.

Khói nhựa không phải bụi. Khói ngưng tụ trên các bề mặt lạnh, do đó cần một môi trường lọc có khả năng giữ chất ngưng tụ mà không bị sập, đồng thời cần thêm giai đoạn xử lý hoá học để loại bỏ mùi và các chất dễ bay hơi. Chỉ dùng bộ lọc bụi sẽ không loại được mùi và gây tắc nghẽn không đều.

Da và cao su sinh ra khói đậm đặc kèm mùi mạnh, đây chủ yếu là vấn đề xử lý hoá học chứ không phải vấn đề lọc hạt.

Bụi kính và bụi gốm tốt và mài mòn. Nó làm đầy bộ lọc nhanh và nên được hút thải ra ngoài thay vì tái tuần hoàn.

Vật liệu phủ và ép lớp có thể giải phóng các hợp chất mà bộ lọc chưa từng được thiết kế để xử lý. Đây là một lý do khác cho thấy việc xác định vật liệu phải được thực hiện trước khi bắt đầu công việc, chứ không phải sau đó.

Một dàn lọc thực tiễn gồm nhiều tầng: một bộ lọc sơ cấp thô để bảo vệ các tầng còn lại, một bộ lọc chính tinh để bắt bụi mịn, một tầng hóa học hoặc than hoạt tính để loại bỏ mùi và các chất dễ bay hơi, và một bộ lọc cuối cùng nếu không khí được đưa trở lại phòng. Trình tự cụ thể phụ thuộc vào hỗn hợp vật liệu, vì vậy một hệ thống được mua chủ yếu để xử lý bụi gỗ thường hoạt động kém hiệu quả ngay khi xưởng bắt đầu cắt nhựa.

Thay bộ lọc dựa trên áp suất, không dựa trên lịch trình. Một đồng hồ đo chênh lệch áp suất lắp trên cụm lọc cho biết cho người vận hành biết thời điểm bộ lọc đang bị tắc. Nếu không có thiết bị này, bộ lọc sẽ được thay thế hoặc quá muộn — khi lưu lượng đã suy giảm nghiêm trọng và chất lượng cắt kém bị đổ lỗi cho tia laser — hoặc quá sớm, gây lãng phí chi phí. Nếu không lắp đồng hồ đo, việc kiểm tra đơn giản lưu lượng tại đầu phun vào đầu mỗi ca làm việc là chỉ báo tốt nhất tiếp theo.

Tuyệt đối không tái tuần hoàn khói khí từ vật liệu nằm trong danh sách ‘không bao giờ cắt’. Trên thực tế, tình huống này không bao giờ xảy ra, vì vật liệu đó không được phép đặt trên máy; tuy nhiên, thiết kế hệ thống lọc là lời nhắc hữu ích về lý do tồn tại quy tắc đó.

Cân bằng lưu lượng khí hút và khí thải với loại vật liệu

Cùng một máy có thể cắt gỗ vào buổi sáng, cắt acrylic vào buổi chiều và cắt vải vào buổi tối; mỗi loại vật liệu đòi hỏi một tỷ lệ cân bằng khác nhau. Đây là bảng nên đặt ngay bên cạnh bảng điều khiển.

Hai kiểu vật liệu nổi bật. Vật liệu sinh ra bụi đòi hỏi lưu lượng hút và vận tốc dòng khí trong ống dẫn; vật liệu sinh ra hơi cần hóa chất lọc và làm sạch quang học. Một xưởng cắt cả hai loại vật liệu này cần hệ thống được thiết kế cho cả hai, chứ không phải hệ thống chỉ được tính toán dựa trên loại vật liệu nào đó xuất hiện trước.

Những sai lầm phổ biến nhất về không khí và hệ thống hút

Hầu hết các quyết định này đều là lựa chọn kỹ thuật một lần duy nhất cộng với thói quen bảo trì. Hai yếu tố tốn kém nhất là việc đoán sai lưu lượng khí cấp vào và việc không bao giờ ghi lại thông số nào hoạt động hiệu quả.

Lựa chọn máy phù hợp cho hệ thống cấp khí và hút khí

Hệ thống cấp khí và hút khí là một phần trong đặc tả kỹ thuật của máy, do đó chúng cần được xem xét ngay từ giai đoạn ra quyết định mua hàng chứ không phải là vấn đề bổ sung sau đó.

Hai thông số cần yêu cầu. Thông số vòi phun hoặc hệ thống hỗ trợ khí, và đường kính cổ hút kèm lưu lượng khí đề xuất. Hai con số này xác định máy nén khí, đường ống dẫn và bộ lọc — và việc thay đổi chúng về sau sẽ khó khăn hơn nhiều so với việc thay ống laser.

Kích thước bàn làm việc ảnh hưởng đến thiết kế hệ thống hút khí. Một bàn làm việc lớn hơn có diện tích mở rộng hơn, do đó việc hút khí tại đầu cắt trở nên quan trọng hơn và việc phân vùng trở nên hữu ích: chỉ trích xuất vùng đang sử dụng giúp duy trì vận tốc cao ở những vị trí cần thiết thay vì làm loãng vận tốc trên toàn bộ bề mặt bàn. Đối với các định dạng 1325 và 1610, việc phân vùng và thiết kế chụp hút cần được chú ý kỹ lưỡng ngang bằng với xếp hạng quạt; còn đối với định dạng 6090, một chụp hút đơn điểm vừa khít thường là đủ.

Cấu hình công suất không phải là yếu tố giới hạn. Các cấu hình trên các nền tảng 6090, 1390 và 1610 có sẵn từ 100 W đến 150 W, và yêu cầu về lưu lượng khí và hệ thống hút phụ thuộc vào vật liệu và vòi phun chứ không phụ thuộc vào công suất. Một máy công suất cao cắt gỗ MDF dày sẽ cần khả năng hút mạnh hơn so với một máy công suất thấp cắt giấy, nhưng đây là vấn đề liên quan đến vật liệu chứ không phải vấn đề liên quan đến công suất.

Các cấu hình hai đầu cắt và cấu hình tích hợp camera làm tăng nhu cầu về khí và độ phức tạp của hệ thống ống dẫn. Hai đầu phun nghĩa là hai vòi phun hoạt động đồng thời, và hệ thống camera thêm một lý do nữa để giữ cho đường dẫn quang học luôn sạch sẽ. Hãy xác định kích thước hệ thống cấp khí phù hợp với cấu hình đã lắp đặt, chứ không phải với máy cơ bản.

Hãy hỏi xem những gì được bao gồm. Một số gói hàng bao gồm máy nén khí và quạt hút khí; các gói khác chỉ bao gồm bộ điều áp và cổng ống dẫn. Việc biết rõ các bộ phận nào có trong thùng giúp tránh tình trạng phổ biến khi máy đã được lắp đặt nhưng hệ thống khí lại được lắp ráp tạm thời từ những thiết bị sẵn có trong xưởng.

Kết luận

Hệ thống cấp khí và hút khí là phần ít thu hút nhất trong việc lắp đặt máy laser, nhưng lại là yếu tố dự báo đáng tin cậy nhất về việc máy có vận hành đúng thông số kỹ thuật hay không.

Các quy tắc đơn giản đến mức có thể kiểm toán trong vòng một buổi chiều. Đo lưu lượng không khí tại vòi phun và chọn máy nén phù hợp cho chế độ vận hành liên tục với không khí khô, không chứa dầu. Thiết kế hệ thống ống dẫn để thu bụi ngay tại nguồn phát sinh, với vận tốc đủ cao nhằm ngăn vật liệu lắng đọng, đồng thời bố trí đường cấp không khí bù cho phòng. Chọn bộ lọc phù hợp với loại vật liệu xử lý chứ không phải với loại bụi sinh ra đầu tiên khi cắt, và thay bộ lọc dựa trên áp suất chênh lệch chứ không theo lịch trình cố định. Ghi lại thông số lưu lượng không khí tương ứng với từng loại vật liệu, bởi người vận hành tiếp theo sẽ không đoán đúng thông số này.

Thực hiện đầy đủ các bước trên thì máy laser sẽ hoạt động như trong phần trình diễn. Bỏ qua bất kỳ bước nào thì mọi thành phần khác trong quy trình — quang học, tiêu cự, công suất, chuyển động — đều bị đổ lỗi cho một vấn đề bắt nguồn từ máy nén.