PROCEDIMIENTOS DE CORTE DE CHAPA NO CONVENCIONALES

Transcripción

1 PROCEDIMIENTOS DE CORTE DE CHAPA NO CONVENCIONALES Generalidades Provienen de: Los avances tecnológicos en el empleo de fenómenos físicos que proveen muy alta energía y, Las mejoras en la automatización de los procesos de manufactura (robótica, CNC, etc) Campo de Aplicación Pequeños lotes: es menos costoso que el corte por estampado y el tiempo de proceso no es un requisito Medianas y grandes piezas Tipo de material a cortar: de elevada dureza y materiales diferentes a los convencionales, vidrio, piedra, etc. Mayor flexibilidad: rapidez de cambio de pieza y programa

2 Corte de chapa con chorro de agua El chorro de agua con o sin material abrasivo impacta sobre un punto del material a muy elevada presión y velocidad, removiendo el material en forma de pequeñas virutas. Con el desplazamiento del cabezal (o la pieza) se genera el corte según una trayectoria programada. Es un proceso de índole mecánica, a temperatura ambiente.

3 Sistema de corte por chorro de agua Presión del chorro de agua de 2000 a 4000 kg/cm2 según el material y espesor a cortar y la productividad requerida.

4 Boquilla 1. Alta presión de agua 2. Enfoque 3. Cámara de mezcla 4. Tapa - 5. Salpicaduras 6. Pieza de trabajo 7. Pieza de red permanente 8. Agua - 9. Parte de la pieza de trabajo cortada 10. Boquilla Arena abrasiva Su material, diámetro, calidad constructiva y diseño influyen sobre la cohesión (colimación) del chorro. Si el chorro es cónico se pierde poder de corte, precisión y calidad. Diámetro entre 0,08 mm a 0,45 mm de diámetro. Materiales más empleados: Zafiro (50 a 150 hs) y el diamante (1.500 a hs)

5 Otros constituyentes del sistema Sistema de frenado y recolección de residuos del proceso o En la boquilla se desarrolla muy elevada cantidad de energía: hasta 50 HP o Cerca del 75% de esta energía permanece en la corriente de agua luego del corte o Es necesario contar con un sistema que logre frenar el chorro o Además, es necesario recolectar los abrasivos gastados y el material removido. Captador de tanque (con agua) o Contenedor de agua construido en acero y ubicado debajo de la mesa o Abarca todo el área útil o de corte del equipo. o Se emplea en máquinas donde la pieza está fija y el cabezal del chorro de agua es móvil. Máquina tipo puente de dos o tres ejes. o Los abrasivos utilizados y el material removido se asientan y permanecen en el tanque, mientras el agua es drenada. oel tanque debe ser limpiado manualmente cada dos a seis meses, con el sistema cerrado.

6 EQUIPOS INDUSTRIALES

7 Principales parámetros del proceso Presión del chorro: Mas alta para: o Materiales endurecidos o Mayor espesor de corte o Reducir el tiempo de proceso (pues es posible aumentar la velocidad de corte) Velocidad del chorro de agua Puede alcanzar los 1000 metros/seg Características de la boquilla: Ya descriptas Distancia entre la boquilla y la pieza o Rango de valores: 2,5 a 6,35 mm o Aumenta con el espesor a cortar o Ejerce escaso efecto sobre la tasa de remoción

8 Principales parámetros del proceso Velocidad de corte o Deberá reducirse para materiales más duros o de mayor espesor o Puede requerirse más de una pasada para completar el corte o Rango de valores: Para aceros al C con espesores entre 0,8 a 100mm, de 1520 a 2500mm/min Material y tamaño del abrasivo. o Se emplean minerales naturales (granate, etc) o arena o El tamaño aumenta con la dureza y el espesor del material a cortar y con la tasa de remoción requerida

9 Principales características del proceso El corte con chorro de agua posibilita Cortes de materiales reflectivos (Cu o latón), sensitivos a efectos térmicos (con epoxi o resinas), etc. Ej.:piedra vidrio, plásticos, cuero, goma, papel etc Espesores desde 0,5 a 160mm. Cortes con agua sin abrasivo en materiales blandos Cortes en cualquier dirección mediante la asistencia de sistemas CNC Contorneados de exterior con radio cero y en interiores con esquinas del radio del chorro Ancho de corte pequeño: de 0,76 a 1,25mm

10 Principales características del proceso El corte con chorro de agua provee Zonas de corte no afectadas por el calor, sin endurecimiento o distorsiones, sin bordes endurecidos, escoria, congelado, ni quemado Piezas que comparten un corte común en una sola pasada Mínimos cambios de componentes al cortar distintos materiales Esfuerzos sobre la pieza bajos, del orden de los 5 a 130N. Es reducido el desgaste de herramental y la pieza requiere una fijación mínima. Precisión dimensional: ± 0,12 a ± 0,25mm

11 Generalidades Corte de chapa por láser Un haz láser de elevada potencia, es focalizado sobre un punto del material, provocando su fusión y evaporación. Con el desplazamiento del cabezal (o la pieza) se genera el corte según una trayectoria programada. El haz láser es un haz de luz de alta energía, que se obtiene a la salida de un resonador óptico (tubo con serie de espejos que produce reflexiones internas de los fotones emitidos al excitar el átomo) El haz de luz debidamente tratado, se convierte en una fuente de energía de alto aprovechamiento.

12 Componentes del sistema de corte por láser Resonador óptico Tipos de láser de media y alta potencia: hasta 16 KW. Laser de CO 2 : corte o taladrado de materiales metálicos (acero al C y austeníticos, aluminio, etc). Láser de Nd (de estado sólido o accionado por diodos) para taladrado y grabado sobre pequeños lotes de piezas metálicas de alta dureza o cerámicas.

13 Componentes del sistema de corte por láser 1. Sistema de conducción del haz procedente del generador: por espejos o fibra óptica 3. Grupo óptico (lente) que focaliza e intensifica el haz con un diámetro determinado, 4. Gas de asistencia envolvente y coaxial al rayo láser. Elimina el material fundido, vapor y plasma de la zona de corte. 6. Estrías o rugosidades en las superficies cortadas.

14 Parámetros del proceso de corte por láser Diámetro del haz entre 0,1 a 0,3mm, dependiendo del material y del ancho de corte requerido. Longitud focal de 38 a 76mm (para metales). Si la chapa está ondulada, el equipo provee una corrección automática de esa distancia Posición del foco: en superficie o por debajo a una pequeña profundidad. Gap: 0,25 a 0,76mm Velocidad de corte (Vc) 250 a 7500 mm/min, dependiendo del material y potencia del haz

15 Características del corte Ancho de corte (> 0,1mm), aumenta con la potencia del haz (material y el espesor a cortar) y el diámetro de la boquilla. Puede reducirse al aumentar la velocidad de corte. Zona de corte: Inclinación o conicidad: 0,5 a 3 veces el espesor. Aumenta con el espesor y la potencia. Zona afectada por calor (HAZ): 1/3 del espesor y puede reducirse con > Vc Rugosidad superficial entre 3,2 a 6,3 µm, aumenta con el espesor, la potencia y la Vc Influyen sobre: Precisión dimensional: ± 0,10mm. Precisión de posicionado entre cortes de ±10 µm y Repetitividad de ±5 µm

16 La máquina de corte láser Diferentes configuraciones: Las más comunes en que el movimiento principal lo tiene el cabezal del haz láser. Desplazamientos longitudinal (X), transversal (Y) y vertical (Z) automatizados y controlados por CNC Puede iniciarse el corte en cualquier punto de la chapa efectuando una perforación (piercing), mediante un haz de alta potencia, mayor a la empleada en el corte. Sistema de protección anticolisiones Cambiador automático de toberas Rayo guiado por fibra óptica Mantenimiento optimizado con asistente Optima accesibilidad p/ el mantenimiento

17 Características comparativas del proceso Ventajas Inexistencia de contacto con la pieza. No hay desgaste de la herramienta. Simple sujeción de la pieza o chapas a cortar. Diámetro del spot del haz muy pequeño. Bajo desperdicio de material. Asegura buena precisión y repetitividad. La herramienta no se desgasta Mínima distorsión de la chapa pues los HAZ son pequeños. Costo del proceso aceptable en series limitadas (respecto al corte por estampado) Empleado como proceso previo al corte o embutido por estampado. La transmisión por fibra óptica posibilita cualquier orientación de corte con automatismos robotizados. Desventajas Elevados potencia y costo inicial de equipamiento Espesor máximo a cortar. Solo aventaja al punzonado El proceso tiene baja performance en el corte de materiales reflectivos (Cu, Latón) y en los malos conductores del calor (piedra, vidrio).

18 Corte de chapa por plasma Generalidades Mediante la incidencia de un chorro de gas ionizado a muy elevada temperatura (plasma) sobre un punto del material, se produce la fusión del mismo. Con el desplazamiento del cabezal (o la pieza) se genera el corte según una trayectoria programada. El gas es ionizado a muy elevada temperatura por la acción de un arco eléctrico entre un electrodo y la pieza a cortar, ambos de material conductor

19 Componentes del sistema de corte por plasma (1) (4) (6) (5) (3) (2) El chorro de plasma (3) es un conductor eléctrico gaseoso de alta energía que penetra todo el espesor a cortar, fundiendo y expulsando el material. El material de electrodo (1): tungsteno, hafnio o circonio s/ el gas-plasma El gas-plasma (4): argón, nitrógeno, aire o una mezcla de ellos. El N provee mejor calidad de corte y mayor durabilidad de la boquilla.

20 Componentes del sistema de corte por plasma El chorro del gas plasma se compone de dos zonas: Zona envolvente Capa anular fría de un gas sin ionizar (o agua) que envuelve la zona central (5). Consigue refrigerar la boquilla, aislarla eléctricamente y confinar el arco de la región de la columna-plasma. Se emplea nitrógeno, oxígeno o CO 2. Zona central: Se compone por dos capas Un anillo de gas caliente periférico, no suficientemente conductor Una columna de plasma o núcleo de muy alta conductividad térmica, densidad de partículas ionizadas y las más altas temperaturas, entre y ºC

21 Parámetros del proceso Se establecen en función del material y tamaño de la pieza a cortar Determinan la calidad del corte, el acabado superficial y la productividad Las máquinas existentes en el mercado permiten controlar estos parámetros, según el material y tamaño de la pieza a cortar. PARAMETROS Energía o intensidad del arco: hasta 1000A Caudal y presión del gas-plasma Diámetro de boquilla: de 1,6 a 6,3mm. Distancia boquilla-pieza Velocidad de corte: hasta 6000mm/min

22 Características del proceso Mínima deformación de la pieza por la alta concentración energética del arco-plasma. Deformaciones inevitables en piezas de tamaño y espesor reducidos, debido a las altas temperaturas Aplicable a cualquier material metálico conductor, con espesores hasta 160mm Ancho de corte (kerf) en placas finas de 1,52 a 2,29mm y el ángulo entre 1 y 7º. Tolerancia dimensional: depende del espesor a cortar y de los parámetros del proceso Abarca un amplio rango Velocidad de corte: En placas de Al: 760mm/min. En acero al C hasta 4600mm/min

23 Características del proceso Velocidad de corte: En placas de Al: 760mm/min. En acero al C hasta 4600mm/min Aplicable a trabajos especiales (pequeñas series, tolerancias muy ajustadas) o para mejorar el acabado superficial. El comienzo del corte es instantáneo. Tiempos improductivos bajos (no necesita precalentamiento para la perforación) Respecto de oxicorte: Puede emplearse en espesores delgados, costo operativo bajo, acabado prácticamente definitivo. Efecto térmico menor y productividad 6 veces mayor.