Corte mecánico Chapas gruesas, chapas finas y bobinas de acero laminado en caliente

Transcripción

1 Corte mecánico Chapas gruesas, chapas finas y bobinas de acero laminado en caliente

2 Se recomienda realizar el corte mecánico de los aceros de alta resistencia mediante cizallas de guillotina. En especial, cuando se corte mecánicamente los grados de acero Optim 700 MC, Optim 700 ML, Optim 900 QC, Optim 960 QC, Raex 400, Raex 450 y Raex 500, deben seleccionarse cuidadosamente las máquinas de corte y sus valores establecidos. Los factores más importantes son el espacio entre las cuchillas y el ángulo de corte. La dureza de la cuchilla de corte también presenta un efecto importante sobre el corte, en especial al cizallar aceros Raex templados. El acero Raex 400 templado puede cortarse con cizallas de alto rendimiento robustas con espacios correctos entre las cuchillas. La dureza de la cuchilla debe ser mayor de 53 HRC. El corte mecánico del acero Raex 500 sólo se recomienda cuando el espesor de la chapa es inferior a 10 mm. El espacio entre las cuchillas afecta a la vida útil de las cuchillas del cortador y, en consecuencia, a los costes del corte. Un espacio entre las cuchillas correcto reduce las tensiones a las que se ve sometido el bastidor del cortador. Esto aumenta la vida útil de las cizallas y permite realizar el corte de chapas más gruesas. Afortunadamente, el ajuste del espacio entre las cuchillas es una operación rápida, medible y controlable. Cuando se cortan aceros de alta resistencia, debe aumentarse el espacio entre las cuchillas. Con aceros especialmente tenaces, el espacio entre las cuchillas debe reducirse drásticamente para evitar el plegado y el correspondiente atasco de la chapa entre las cuchillas. Asimismo, debe observarse que el corte mecánico satisfactorio de chapas y hojas de acero se basa principalmente en la información práctica obtenida sobre las operaciones de corte en cada taller individual. Temperatura de la chapa en el corte mecánico Independientemente de la resistencia o la dureza del acero, para realizar un corte mecánico satisfactorio es necesario que se permita que la chapa se caliente hasta la temperatura ambiente de +20 C antes de realizar el corte. La figura 1 muestra el tiempo necesario para el calentamiento cuando se introduce una chapa de acero desde un lugar sometido a una temperatura inferior a cero grados. Las medidas se realizaron para chapas con tres espesores diferentes. Figura 1. Tiempo de calentamiento de chapas de acero frías (-20 C) en una sala con una temperatura entre +20 C y +22 C. La prueba se realizó en las instalaciones de Rautaruukki en Raahe en febrero de Tamaños de chapa de 12 x 1000 x 2000, 21 x 1000 x 1600 y 40 x 1000 x 2000 mm. Temperatura, C Temperatura de la sala t 1 = 12 mm t 2 = 21 mm t 3 = 40 mm Tiempo, horas La prueba que se indica en la figura 1 proporcionó los siguientes resultados de calentamiento de -20 C a +17 C: aproximadamente 8 horas para una chapa de 12 mm aproximadamente 12 horas para una chapa de 21 mm aproximadamente 17 horas para una chapa de 40 mm. 2 Corte mecánico

3 La superficie y el centro de la chapa se calientan a velocidades similares con un cambio tan lento. Debe destacarse que las chapas gruesas y grandes almacenadas unas sobre otras se calientan incluso con más lentitud. Como norma básica, puede concluirse que una chapa fría (2 m de ancho, 6 m de largo) que se haya almacenado en el exterior a una temperatura inferior a cero grados se calienta a la temperatura ambiente en aproximadamente 24 horas. Geometría del corte Los factores que afectan al corte con cizallas de chapas se muestran en el plano de corte principal y en el plano perpendicular al mismo, consulte la Figura 2. El espacio entre las cuchillas (u), el ángulo de corte (), el ángulo de oblicuidad (γ) y el ángulo de inclinación (β) afectan al corte. Si el ángulo de corte () es cero, el proceso de corte se denomina troquelado. Esto implica que las cuchillas superior e inferior son paralelas y se corta el ancho completo de la chapa al mismo tiempo. Cuando el ángulo de corte es distinto de cero, el proceso se denomina guillotinado. Éste es el proceso más habitual e importante con cortadores de cuchillas rectas. La cizalla giratoria es muy similar a la cizalla con guillotina en lo que se refiere a la geometría de corte, y a menudo se consideran como procesos similares. El espacio entre las cuchillas (u) es la distancia entre las cuchillas superior e inferior. El espacio entre las cuchillas en la maquinaria de corte puede ajustarse normalmente dentro de ciertos límites. En las cizallas de guillotina, sólo se ajusta el espacio horizontal entre las cuchillas. En las cizallas giratorias, puede ajustarse el espacio horizontal y vertical entre las cuchillas. El ajuste del espacio vertical entre las cuchillas afecta especialmente a la separación del fleje de corte. También se puede influir en el resultado del corte a través de los valores del ángulo de inclinación (β) y del ángulo de oblicuidad (γ). Cuando se cortan flejes estrechos, el ángulo de inclinación correcto reduce los fallos en el corte y, al mismo tiempo, reduce ligeramente el desgaste de las cuchillas. Establecer el valor del ángulo de oblicuidad entre 1 y 2 grados da lugar a un corte en ángulo recto. Con este ajuste, el espacio entre las cuchillas no permanece constante, sino que aumenta a medida que se realiza el corte. Figura 2. Procesos de corte mecánico Cizalla de guillotina Cizalla giratoria Plano de corte principal Plano perpendicular al plano de corte principal γ u u β +β u = espacio entre las cuchillas γ = ángulo de oblicuidad = ángulo de corte β = ángulo de inclinación, normalmente 0 h = espacio vertical entre las cuchillas h Etapas del corte En la primera etapa el acero de corte se comporta elásticamente. Cuando se supera el límite elástico del material, se inicia la deformación plástica. A medida que continúa el corte, se supera en cierto momento la capacidad de deformación del acero, y se produce una fractura. En la etapa final del corte, se encuentran las fracturas iniciadas desde el punto en el que las cuchillas superior e inferior presionan el material. En el borde de corte pueden observarse las diferentes etapas del corte, Figura 3. Al comienzo, se forma una esquina redondeada a lo largo del borde de la chapa a cortar, denominado borde rugoso. Este borde se forma mediante la cuchilla superior sobre la superficie superior de la chapa, y mediante la cuchilla inferior sobre la parte inferior de la pieza de corte. A medida que el corte continúa, la cuchilla penetra en la chapa hasta una cierta profundidad, lo que genera una zona pulida sobre la cara de corte. La zona fracturada que se forma a continuación se describe en el capítulo anterior. 3 Corte mecánico

4 En la etapa final, se forma la rebaba debido a que las tensiones de compresión más elevadas se dirigen desde la cuchilla superior hacia el borde de corte de la cuchilla inferior. Esto genera una tensión en el material que cede en la zona de corte, lo que mejora la capacidad de deformación del material. En consecuencia, la chapa no se fractura exactamente en la línea de corte planificada, sino junto a la misma, donde el material está endurecido en un menor grado. La chapa sólo se fractura después de deslizarse más allá de la cuchilla de corte. Se genera un saliente afilado, la rebaba, en el borde de corte a lo largo de la línea de corte. Figura 3. Partes de la cara de corte Borde rugoso Zona pulida Zona fracturada Rebaba Evaluación del corte y posibles fallos El resultado del corte se evalúa en función de: la forma y precisión dimensional de la pieza de corte, el aspecto del borde de corte y la altura de la rebaba. El resultado final se ve afectado por la máquina de corte y el acero que se esté cortando. El factor esencial en el acero es la fuerza de tracción. La tenacidad del acero, especialmente su capacidad de deformación, también afecta al resultado del corte. Los factores principales que provocan el fallo del corte son: ángulo de corte excesivamente grande, cuchillas sin filo, ajuste inadecuado del espacio entre las cuchillas y plegado excesivo del bastidor y los ejes en la máquina de corte. En un fleje de corte de acero se observan tres tipos de fallos diferentes. Estos fallos, junto con la rectangularidad y planicidad del borde de corte, determinan el resultado del corte. Los tipos de fallos son, consulte la Figura 4: torsión, comba y curvado. Figura 4. Tipos de fallo en un fleje de corte de acero Curvado Torsión Comba Cuchilla superior Superficie de la chapa Cuchilla inferior Zona de curvado Motivos de formación de curvado y torsión: - ángulo de inclinación grande - tensiones internas en la chapa - velocidad de corte lenta - chapa gruesa - material blando - fleje a cortar estrecho - pieza de trabajo larga Motivos de formación de comba: - tensiones internas - ángulo de inclinación grande - plegado de la viga de acero del cortador - espacio entre las cuchillas pequeño 4 Corte mecánico

5 Efecto del espacio entre las cuchillas sobre el corte Al cortar acero, solo se corta parte del material. El resto se separa mediante fracturación, como se comentó anteriormente. El ángulo de fractura se mantiene invariable cuando se corta el mismo grado de acero. Por este motivo se establece el espacio entre las cuchillas según el espesor y la fuerza de tracción de la chapa. En la Figura 5, detalle 5a, el espacio entre las cuchillas (u) es demasiado grande. La fractura no coincide exactamente con los bordes de corte de las cuchillas, lo que genera una zona discontinua. Esto provoca rebabas en el borde de corte y un desgaste excesivo de la cuchilla. Además, la chapa se pliega antes de romperse. El resultado es un borde de corte con grandes salientes. En el detalle 5b, el espacio entre las cuchillas (u) es demasiado pequeño. Los puntos finales de la fractura finalizan en la mitad de las cuchillas, lo que implica que, en la práctica, las cuchillas deben cortar la chapa dos veces. Esto provoca tensión adicional para la máquina de corte y puede provocar el fallo de la cuchilla. Un espacio entre las cuchillas demasiado pequeño genera una mayor proporción de zona pulida en el borde de corte y una reducción de la proporción de zona fracturada. A medida que el espacio entre las cuchillas aumenta, la zona pulida disminuye y la zona fracturada se amplía. Un espacio entre las cuchillas pequeño genera abolladuras pastosas en el borde de corte, y es más probable que aparezcan cuanto más blando sea el acero. En el detalle 5c, el espacio entre las cuchillas (u) está ajustado correctamente. La fractura coincide exactamente con los bordes de corte de las cuchillas. La chapa se corta recta, sin necesidad de energía adicional. El borde de corte está inclinado con el mismo ángulo que el ángulo de fractura. Con un espacio entre las cuchillas correcto, el borde de corte tiene un aspecto plano y la proporción de la zona pulida es aproximadamente el 20% del borde de corte. En cizalla giratoria, el espacio vertical entre las cuchillas (h) se ajusta al desplazar los ejes en los que se asientan las cuchillas. El efecto más apreciable del espacio vertical entre las cuchillas es la facilidad con las que los flejes de corte se separan entre sí. Figura 5. Efecto del espacio entre las cuchillas (u) sobre le corte 5a Espacio entre las cuchillas 5b Espacio entre las cuchillas 5c Espacio entre las cuchillas Rebaba Fleje Se recomienda mantener el mayor espacio vertical posible entre las cuchillas para reducir al mínimo el desgaste de las cuchillas. Si el espacio vertical entre las cuchillas es demasiado pequeño, se genera un borde saliente porque la chapa se levanta sobre la parte superior de los discos inferiores. Variaciones del espacio entre las cuchillas en cizalla giratoria Con mucha frecuencia, puede producirse cierta desviación en la ubicación de las cizallas giratorias durante el corte. En ocasiones, la cizallas giratorias se desplazan sobre el eje; esto cambia el espacio entre las cuchillas establecido originalmente. La desviación en el espacio entre las cuchillas puede llegar hasta un milímetro. Las desviaciones en el espacio entre las cuchillas durante el corte provocan una fluctuación de la calidad en el borde de corte, puesto que el espacio entre las cuchillas puede ser demasiado grande o demasiado pequeño durante el corte de la misma chapa. La desviación del espacio entre las cuchillas se debe a menudo al ajuste incorrecto de las cizallas o a la presencia de impurezas en las superficies de las cuñas que se utilizan para establecer el espacio entre las cuchillas. Los fallos mecánicos en la máquina de corte también pueden provocar la desviación de un valor de espacio entre las cuchillas establecido. Recomendaciones de espacio entre las cuchillas en cizalla de guillotina y giratoria En la Tabla 1 se indican los valores de espacio entre las cuchillas recomendados en función de los experimentos realizados. No obstante, debe considerarse que, además del espacio entre las cuchillas, la flexibilidad específica de la máquina en el soporte de la cuchilla y en el bastidor de la máquina, la fuerza de retención de la chapa, el estado de las cuchillas y el ángulo de corte y de oblicuidad también afectan al aspecto del borde de corte. 5 Corte mecánico

6 El espesor de la chapa también es importante al determinar el espacio entre las cuchillas. En particular, esto es evidente en los valores para la clase de límite elástico de 355 MPa. Para chapas de 6 mm de espesor, basta con un espacio entre las cuchillas del 8 10% del espesor de la chapa, mientras que una chapa de 10 mm de espesor requiere un espacio entre las cuchillas del 10 15% del espesor de la chapa. Los valores de la tabla son adecuados para un rango de espesores de chapa de 6 a 10 mm. Tabla 1. Cizalla de guillotina. Valores de espacio entre las cuchillas recomendados Estándar Espacio entre las cuchillas como % del espesor de la chapa S235J0 EN Ruukki Laser 250 C Ruukki 5 8 Ruukki Laser 355 MC Ruukki 5 8 S355J2 EN Multisteel Ruukki 8 15 S355NL EN Optim 650 MC Ruukki aprox. 10 Las cizallas giratorias utilizan espacios entre las cuchillas ligeramente mayores que los de las cizallas de guillotina. Los espacios entre las cuchillas que se indican en la Tabla 2 son adecuados para un rango de espesores de chapa de 2 a 20 mm. Debe considerarse que el ajuste del espacio vertical entre las cuchillas en las cizallas giratorias afecta en cierta medida al espacio horizontal entre las cuchillas. Tabla 2. Cizalla giratoria. Valor de espacio horizontal entre las cuchillas recomendado Estándar Espacio entre las cuchillas como % del espesor de la chapa S235J0 EN Ruukki Laser 250 C Ruukki Ruukki Laser 355 MC Ruukki Multisteel Ruukki Optim 650 MC Ruukki Los valores de espacio entre las cuchillas que se indican para cizallas giratorias (u y h) son espacios entre las cuchillas reales durante el corte. Debe restarse de estos valores cualquier flexibilidad presente en el cortador. La mejor alternativa para calcular el espacio vertical entre las cuchillas para un cortador individual es aumentar el espacio vertical entre las cuchillas siempre que el cortador aún pueda separar las piezas de corte entre sí. En la Figura 6 se muestran algunos valores de espacio vertical entre las cuchillas (h) recomendados. Figura 6. Cizalla giratoria. Valores de espacio vertical entre las cuchillas (h) recomendados Espacio vertical entre las cuchillas mm -2,6-2,4-2,2-2,0-1,8-1,6-1,4-1,2-1,0-0,8-0,6-0,4-0,2 0 +0,2 +0,4 +0,6 -h +h Espesor de la chapa mm 6 Corte mecánico

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