Cắt tia nước Inox: Không sinh nhiệt, chính xác cho vật liệu dày

Cắt tia nước (waterjet) là phương pháp gia công không sinh nhiệt nổi bật trong nhóm công nghệ cắt, chấn, dập, lốc cho Inox. Với khả năng cắt dày, biên dạng phức tạp và mép cắt không biến màu, waterjet là lựa chọn đặc biệt hiệu quả khi laser/plasma bắt đầu bộc lộ hạn chế về vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) và biến dạng.

Cắt tia nước Inox là gì? Nguyên lý và cấu hình hệ thống

– Nguyên lý: Bơm tăng áp đưa nước lên 3.800–6.200 bar (55–90 ksi), tia nước đi qua orifice (sapphire/kim cương) tạo vận tốc siêu cao, kéo theo hạt mài (thường là garnet 80 mesh) qua ống hội tụ (focusing tube) đường kính ~0,76–1,02 mm, tạo dòng cắt hẹp (kerf ~1,0–1,5 mm) ăn mòn cơ học bề mặt Inox.
– Cấu hình chính:
– Bơm áp lực: trực tiếp hoặc intensifier 30–50 kW.
– Đầu cắt: orifice + mixing chamber + focusing tube (ống hội tụ).
– Hệ cấp hạt mài: phễu kín, van định lượng, thường 0,3–0,8 kg/phút.
– Bàn cắt & bể nước: lưỡi đỡ, nước giảm ồn, thu hồi bùn mài.

Ưu điểm cốt lõi với Inox:
– Không sinh nhiệt: hầu như không có HAZ, không biến màu, không cong vênh tấm mỏng.
– Cắt rất dày: Inox có thể cắt đến ~100–150 mm tùy công suất và chất lượng yêu cầu.
– Đa vật liệu: cắt Inox 304/316/310S, thép hai pha, Inox phủ PVC, laminate… trong cùng một thiết lập.
– Mép cắt sạch, ít bavia; không cần khí bảo vệ.

Thông số kỹ thuật quan trọng khi cắt Inox

Độ dày tối đa và tốc độ tham khảo

– 1–3 mm: 600–1.200 mm/phút (chất lượng Q3–Q4).
– 6 mm: 250–450 mm/phút.
– 10 mm: 120–220 mm/phút.
– 20 mm: 60–110 mm/phút.
– 30 mm: 30–70 mm/phút.
– 50–100 mm: 10–40 mm/phút (ưu tiên Q2–Q3 để tối ưu chi phí).
Lưu ý: số liệu mang tính tham khảo, phụ thuộc áp lực, đường kính ống hội tụ, loại/độ hạt mài, và cấp chất lượng mép yêu cầu.

Dung sai và chất lượng mép

– Dung sai gia công: ±0,10–0,25 mm phổ biến; có thể đạt đến ±0,05–0,08 mm trên tấm mỏng với bù côn chủ động và đầu cắt động học [Flow/OMAX].
– Độ nhám mép (Ra):
– Q2: ~6–12 µm (kết cấu, gia công tiếp theo).
– Q3: ~3–6 µm (chi tiết lắp, hàn).
– Q4–Q5: ~1,6–3,2 µm (trang trí, cần bề mặt đẹp) với tốc độ cắt thấp hơn đáng kể.
– Không có vùng biến màu/oxy hóa mép như plasma/laser CO2, thuận lợi cho ngành thực phẩm, y tế (sau khi làm sạch/passivate).

Kerf, góc trong và lỗ nhỏ

– Kerf (rộng khía cắt): ~1,0–1,5 mm tùy ống hội tụ.
– Bán kính góc trong nhỏ nhất ≈ 0,6–0,8 × đường kính kerf (thực tế ~0,6–1,0 mm).
– Lỗ nhỏ: đường kính lỗ tối thiểu khuyến nghị ≥ 2,0–2,5 mm; slot/khe tối thiểu ≥ 1,2–1,5 mm. Với lỗ ren nhỏ, nên khoan-taro sau cắt.

Độ côn (taper) và bù côn

– Tia nước có xu hướng tạo mép hơi côn (trên hẹp/dưới rộng). Hệ bù côn (Dynamic Waterjet/True Taper Control) nghiêng đầu cắt để loại bỏ côn, nâng độ chính xác và song song mép trên–dưới đáng kể, đặc biệt hữu ích với Inox dày >10 mm.

So sánh nhanh: Waterjet vs Laser vs Plasma vs Cơ khí

– Laser sợi:
– Mạnh ở tấm mỏng–trung bình (≤8–12 mm): tốc độ rất cao, mép đẹp. Có HAZ nhỏ, có thể biến màu mép Inox.
– Plasma:
– Năng suất cao, chi phí thấp trên thép carbon; nhưng với Inox mép dễ bavia, HAZ lớn, dung sai hạn chế; phù hợp kết cấu thô.
– Cắt cơ khí (cưa, phay):
– Biên dạng đơn giản, rẻ với số lượng ít; hạn chế ở hình dạng phức tạp, bán kính nhỏ.
– Waterjet:
– Không HAZ, cắt dày, đa vật liệu, biên dạng phức tạp. Tốc độ thấp hơn laser, chi phí vận hành do hạt mài cao. Lý tưởng khi yêu cầu giữ cơ tính/biến màu, chi tiết dày, hoặc vật liệu dị biệt.

DFM: Thiết kế chi tiết Inox tối ưu cho cắt tia nước

– Chọn dung sai theo chức năng: chỉ siết chặt tại vùng lắp ghép; vùng còn lại dùng Q2–Q3 để giảm thời gian cắt.
– Khe hở và web tối thiểu: để lại web ≥ 1,5× kerf (≥1,5–2,5 mm) để tránh rung/lung lay phần nhỏ.
– Lỗ ren/bạc lót: cắt lỗ mồi Ø nhỏ hơn 0,2–0,4 mm, sau đó khoan doa/taro để đạt chính xác lỗ/bề mặt ren.
– Góc trong: thêm fillet R ≥ 0,8–1,0 mm giúp tăng tốc, giảm vết dừng và nâng độ bền chi tiết.
– Lead-in/Lead-out: bố trí ở vùng phế hoặc thêm tab nhỏ 1–2 mm để tránh “vết dọi” tại mép hữu ích.
– Xếp tấm/nesting: chừa khoảng cách chi tiết ≥ 1,0–1,5 mm, tính đến kerf và yêu cầu chống va chạm đầu cắt.
– Vật liệu phủ: cho tấm Inox hairline/No.4 nên giữ film PVC; cắt xuyên tốt với thiết lập phù hợp.

Quy trình vận hành và kiểm soát chất lượng

Chuẩn bị vật liệu và gá đặt

– Kiểm tra phẳng, kẹp chống rung; dùng lưỡi đỡ và mức nước thích hợp để giảm ồn/tia bắn.
– Dùng backer (tấm lót) nếu cắt các lỗ rất nhỏ để hỗ trợ tia trong giai đoạn xuyên thủng (pierce).

Lập trình công nghệ

– Chọn kiểu pierce: dynamic pierce/low-pressure pierce để tránh dội ngược hạt mài trên bề mặt trang trí.
– Cấp chất lượng vùng-mục tiêu: viền lắp ghép Q4, còn lại Q2–Q3.
– Bù côn và bù trễ tia (jet lag compensation) trên biên dạng gấp khúc/cua gấp.
– Kiểm soát tốc độ khi vào/ra góc và lỗ, tránh nhám “gợn sóng”.

Kiểm tra chất lượng

– Dung sai: dùng thước cặp, CMM hoặc gauge đo lỗ/slot; kiểm song song mép trên–dưới.
– Bề mặt mép: kiểm Ra nếu có yêu cầu thẩm mỹ/hàn kín.
– Làm sạch sau cắt: thổi rửa, tẩy dầu; với ứng dụng thực phẩm/y tế nên passivation theo ASTM A380/A967 để tái tạo lớp thụ động sau khi mép mới lộ ra.

Chi phí: yếu tố ảnh hưởng và cách tối ưu

– Thành phần chi phí chính:
– Hạt mài: thường chiếm 35–55% chi phí cắt; định mức 0,3–0,8 kg/phút tùy chất lượng.
– Thời gian cắt: phụ thuộc chất lượng mép (Q), độ dày và chiều dài quỹ đạo.
– Điện năng, khấu hao bơm/ống hội tụ/orifice, nhân công, xử lý bùn mài.
– Cách tối ưu:
– Chỉ đặt cấp chất lượng cao ở vùng chức năng; phần còn lại dùng Q2–Q3.
– Tối ưu nesting, gom lỗ/pierce để giảm số lần xuyên thủng.
– Dùng 80 mesh cho đa số Inox; chuyển 120 mesh chỉ khi cần mép “mịn” đặc biệt (chậm và tốn hạt hơn).
– Bảo trì đúng kỳ đầu cắt và ống hội tụ để giữ tia “thẳng”, tăng tốc và chất lượng.

Ứng dụng điển hình tại Việt Nam

– Kết cấu Inox dày: bản mã, plate nền máy, tai treo cẩu.
– Công nghiệp thực phẩm/y tế: chi tiết yêu cầu không biến màu, không ảnh hưởng cơ tính, mép sạch.
– Trang trí–kiến trúc: hoa văn khổ lớn trên tấm 304/316 hairline/mirror.
– Khuôn mẫu/thiết bị đặc biệt: cắt phôi dày, vật liệu khó gia công nhiệt.

An toàn, môi trường và xử lý bùn mài

– Tiếng ồn cao: cần bảo hộ tai, kính, tấm chắn; vận hành trong bể nước để giảm ồn/tia bắn.
– Bùn mài: hỗn hợp nước–garnet–mạt Inox; thu gom, làm khô và xử lý như chất thải công nghiệp theo quy định địa phương. Nếu lẫn kim loại nặng từ vật liệu khác, xử lý như chất thải nguy hại.
– Tái sử dụng nước: hệ lọc tuần hoàn giúp giảm tiêu thụ nước sạch.

Khi nào nên chọn cắt tia nước cho Inox?

– Cần loại bỏ hoàn toàn HAZ/không muốn biến màu mép.
– Vật liệu dày >10–12 mm, hoặc rất dày đến 100+ mm.
– Biên dạng phức tạp, lỗ nhỏ, nhiều góc trong.
– Chi tiết ghép/hàn cần mép sạch, không biến cứng cạnh.
– Tấm có lớp phủ trang trí, laminate, vật liệu composite–kim loại.
– Gia công đa vật liệu trong một lượt mà không đổi công cụ.

Thông số nhanh (tham khảo)

– Áp lực cắt: 3.800–6.200 bar.
– Hạt mài: garnet 80 mesh (phổ biến), suất dùng 0,3–0,8 kg/phút.
– Kerf: ~1,0–1,5 mm.
– Dung sai: ±0,10–0,25 mm thường; có thể tốt hơn với bù côn/đầu động học.
– Độ dày Inox khả thi: ~0,5–150 mm (tùy máy và chất lượng yêu cầu).
– Chất lượng mép: Q2–Q5 tương ứng tốc độ giảm dần, Ra đến ~1,6–3,2 µm ở Q cao.

Nguồn tham khảo

– Flow Waterjet – Waterjet Technology Overview: https://www.flowwaterjet.com/why-waterjet/how-waterjet-works
– OMAX/Hypertherm – Waterjet Cutting Technology and Tolerances: https://www.omax.com (tài liệu kỹ thuật về dung sai, chất lượng mép)
– Barton International – Abrasive Selection Guide (Garnet 80/120 mesh, suất tiêu hao): https://www.barton.com
– ASTM A380/A967 – Làm sạch và thụ động hóa sản phẩm thép không gỉ: https://www.astm.org
– Research Review on Abrasive Waterjet Cutting (tổng quan cơ chế cắt, bù côn): https://doi.org/10.1016/j.cirp.2017.05.002

Kết luận

Cắt tia nước là giải pháp gia công Inox không sinh nhiệt tối ưu khi cần giữ nguyên cơ tính, bề mặt sạch và cắt vật liệu dày với hình dạng phức tạp. So với laser/plasma, waterjet chậm hơn nhưng loại bỏ HAZ, giảm biến dạng và mở rộng đáng kể phạm vi độ dày có thể cắt. Để đạt hiệu quả cao, hãy thiết kế theo DFM (quy định dung sai có chọn lọc, bán kính góc, kích thước lỗ), lập trình đúng cấp chất lượng từng vùng, và tối ưu chi phí qua quản lý hạt mài, số lần pierce và bảo trì đầu cắt.

Cần tư vấn lựa chọn công nghệ, tối ưu bản vẽ hoặc nhận báo giá cắt tia nước Inox cho dự án tại Hà Nội và miền Bắc? Liên hệ Inox Cường Thịnh – Hotline: 0343.417.281. Email: inoxcongnghiep.cuongthinh@gmail.com