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7/25/2019 Tecnologas de corte de chapa.docx

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Tecnologas de corte de chapa

En este artculo se describen los distintos procesos de corte de chapa con laexcepcin del cizallado y aserrado por ser ya muy conocidos. Se presenta suprincipio de funcionamiento, ventajas e inconvenientes de cada uno y susrespectivos campos de aplicacin.

erran !uig "ilar, a partir de una ponencia de #os$ %arlos &ico'(niversidad de )viedo* pronunciada en el Simposium sobre %orte de

%hapa de +auitec.

Los distintos procesos de corte de chapa pueden ser clasificados en tres grupos:trmicos, procesos de erosin y mecnicos.

Procesos trmicos:

Oxicorte (de tipo qumico

!lasma

Lser

Procesos de erosin:

"orte con agua

"orte con agua con a#rasi$os

Procesos mecnicos:

!un%onado

"i%allado

&serrado

)xicorte

'o es un proceso de corte por fusin sino por com#ustin, es un proceso de tipoqumico y no de tipo trmico, se desarrolla en los primeros ) o * a+os del siglo y aunque es una tecnologa que se empie%a a desarrollar en -uropa es en-stados nidos donde se termina el proceso como actualmente se conoce.

-s un proceso de com#ustin en el que lgicamente se necesitan tres agentes: uncom#usti#le, en corte de acero $a ser el hierro, un com#urente que puede ser eloxigeno y un iniciador de esa com#ustin que $a ser una llama. !or supuesto, elhierro en presencia del aire, donde hay oxigeno, no $a a entrar en com#ustin ynecesitamos reunir una serie de condiciones que nos permitan alcan%ar una


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temperatura ele$ada en el orden de /))0. La llama calentar el material hastaalcan%ar esta temperatura y lo lograremos mediante la me%cla de oxgeno con ungas com#usti#le. -sta llama har el proceso de precalentamiento hasta llegar alproceso de oxidacin final.

Fig. 1.- Principio de funcionamiento del proceso trmico de oxicorte (proceso de combustin)

"uando esa llama calienta el material de forma adecuada hasta producir el procesode com#ustin, se inyecta un chorro de oxgeno en la #oquilla, de tal manera queeste oxigeno acelera el proceso. -sta com#ustin oxida el material y gracias a la

temperatura utili%ada, los xidos se funden y luego son expulsados por la parteinferior apro$echando el chorro de oxgeno. -s decir, que lo que se funde son losxidos que se originan del material y no el material en s.

!ara que un material pueda ser tratado con oxicorte la temperatura de fusin delxido de#e ser menor a la temperatura de fusin del metal. -sto ocurre con elhierro ya que su temperatura de fusin es inferior a la del propio acero, de modoque se puede cortar simplemente fundiendo el xido sin fundir el metal.

-ste caracterstica no es muy com1n en todos los materiales, de hecho, en lamayora de los metales ocurre lo contrario ya que tienen un punto de fusin

inferior al del xido con lo cual se fundiran antes.

!or e2emplo, dos materiales que no se pueden cortar fcilmente mediante oxicorteson aquellos que tienen elementos aleantes como el aluminio, el cromo, o elmagnesio, o que tengan un contenido muy ele$ado de car#n.


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Fig. 2.- Fases del proceso de oxicorte

-n cuanto a los gases que se utili%an en el proceso, se de#e tener en cuenta que lapure%a del chorro de oxgeno de#e ser ele$ada ya que de lo contrario no se consiguela com#ustin. 3e#e ser superior al 44,*5, si se reduce este porcenta2e puededisminuir la $elocidad de manera importante. 6a que se necesita un oxigeno de altapure%a no se $ale el que est contenido en el aire.

-n cuanto al gas com#usti#le que utili%amos para originar la llama que calienta elmaterial, tenemos el acetileno, el propano o el 7&!! (a#re$iacin de metal,

acetileno y propileno.

"ada una de las empresas dedicadas a producir todos estos gases han ido creandonue$as me%clas y nue$as composiciones de gases #uscando que su temperatura ycapacidad calorfica sean iguales

-l acetileno alcan%a una mayor capacidad calorfica y una mayor temperaturafrente al resto de gases. 8u calentamiento ocurre en el centro de la llama, con locual est en la %ona que precisamente queremos cortar, por lo tanto puede ser elms apropiado para este proceso de corte.

-xisten otros gases como el propano que tienen una temperatura un poco inferior ypor lo tanto con un deceso #astante importante de la capacidad calorfica. -l7&!!, es un caso intermedio entre el acetileno y el propano con temperatura ypoder calorfico intermedios.

Otros gases como el gas natural, tienen una temperatura muy ele$ada pero tienenun poder calorfico muy #a2o y aunque puede que no sir$a para la parte inicial del


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proceso, podra funcionar una $e% que ste ya ha empe%ado y se est reali%ando elcorte, a1n teniendo un poder calorfico reducido.

3entro de las $enta2as de este proceso encontramos las siguientes:

9a2a in$ersin #a2o coste de operacin

"apacidad para cortar grandes espesores

so de $arias antorchas simultneamente: aunque la #a2a $elocidad decorte se ha $isto como uno de los incon$enientes, tam#in es cierto que engrandes producciones la mquina de corte puede equiparse con $arias#oquillas, de tal manera que puede estar cortando simultneamente pie%assimilares al mismo tiempo, as que en caso de necesitar una produccinacelerada y que el n1mero de pie%as sea de series muy grandes podramosaumentar #astante esta $elocidad.

9uena opcin cuando haya operaciones secundarias, como mecani%adoposterior o fresado.

"omo incon$enientes encontramos:

9a2a $elocidad de corte, teniendo en cuanta la anotacin anterior.

'ecesita tiempo de precalentamiento

La %ona afectada trmicamente es grande

&la#eo de la chapa

Limitacin a aceros de #a2a aleacin

!ro#lemas con inoxida#les y aleaciones de &luminio

;olerancias ms amplias que en plasma, agua o lser

GasTemperatura Llama

(C)Proporcin O2/gas

Capacid(

"cetileno !#$% #&' Propano 2#% *+! ,"PP 22- !+!

Propileno 2-2 !+-

Gas natural 2--% #+


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Tabla I.- omparacin de las caracter!sticas de los distintos gases empleados en oxicorte

%orte por plasma

;am#in es un proceso de tipo trmico y en este caso si se persigue la fusin delmaterial. 8e #usca una temperatura ideal para poder fundirlo y mediante un gasque se aporta y que es el que consigue calentar la pie%a, se expulsa el materialfundido y se $a cortando y a$an%ando.

-n muchas #i#liografas se ha#la del plasma como un cuarto estado de la materia,sin em#rago, el plasma no es ms que un gas ioni%ado, es decir, que conduce la

electricidad y que por lo tanto es capa% de alcan%ar una temperatura muy ele$ada,la suficiente como para que al proyectarse so#re una pie%a la funda.

Fig. ".- Principio de funcionamiento del corte por plasma (proceso por fusin)

-l gas contenido en la #oquilla circula en la corriente con el fin de ioni%arlo, secalienta y despus se hace salir por una #oquilla con un dimetro muy reducido, detal manera que el gas ioni%ado se comporta como cualquier material conductor dela electricidad.

8i se reduce mucho la seccin por donde pasa la corriente se estar aumentando laresistencia, pro$ocando un calentamiento del gas alcan%ando temperaturas muyele$adas y $elocidades muy altas, ms o menos la $elocidad del sonido.


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-ste gas caliente es el que se aporta so#re la pie%a y es el que consigue la fusin y lapropia presin del gas, adems e$acua ese material fundido por la parte inferior dela chapa.

na de las principales causas de las in$estigaciones que se reali%an al respecto

desde la dcada de los cincuenta, es la de acelerar el proceso a tra$s detemperaturas ms ele$adas, por lo cual se han desarrollado $arios tipos de procesosdentro del corte por plasma:

Fig. #.- Fases del proceso de corte por plasma

Tipos de procesos-

Arco transferido / No transferido:


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= &ire como gas plasma: fa$orece la oxidacin del material y una reaccinexotrmica que generalmente tam#in fa$orece el proceso.

Con agua:

= &rco protegido por agua, en $e% de utili%ar el gas protector en la parte exterior dela #oquilla, se utili%a agua inyectada a presin lo que fa$orece la refrigeracin de la#oquilla, pie%a que sufre #astante durante el proceso por las altas temperaturas. -lagua tam#in consigue que esta %ona est limpia su#iendo la calidad del corte, yrestringe la temperatura en la %ona con lo que se acelera la $elocidad.

= &rco sumergido

= >educe el ruido y la radiacin ultra$ioleta

= -$ita la formacin de humos y gases

= 8e reduce la $elocidad (?) @ )5

= !eligro de peque+as explosiones: de#ido al hidrgeno, ya que con la pie%acompletamente sumergida en agua puede presentarse una disociacin de la misma,el oxgeno se $a por el material fundido y el hidrgeno se deposita so#re todo en laparte inferior de la chapa. !ara e$itar esto se mantiene el agua en constanteagitacin.

Alta definicin

8e #usca una densidad de energa muy ele$ada. La densidad de energa es laintensidad de la corriente por centmetro cuadrado y lo que se #usca con esteproceso es que est mucho ms ele$ada que con cualquier tipo de corte por plasmacon$encional. 8e consiguen densidades tres $eces ms altas, del orden de A))) o4))) amperios por centmetro cuadrado, acelerando la $elocidad de corte. -steproceso compite con el lser para cortar espesores #astante reducidos, tanto en$elocidad como en calidad de corte.

La limitacin para cortar con plasma es simplemente que el material que se estcortando sea conductor de la electricidad.

ases para distintos materiales

-l aire se puede utili%ar en todos estos procesos. -n el corte del acero se resalta eluso del oxigeno que fa$orece las reacciones exotrmicas que generan calor. -nmateriales inoxida#les y aleaciones de aluminio se suele utili%ar el hidrgeno comogas de aporte, dependiendo del rango de aplicaciones y espesores con la idea deutili%ar lo menos posi#le el hidrgeno que se puede rempla%ar por el propano.

,aterial Gas de corte Gas de aportacin .ango apli"cero "ire%2 "ire # a 2% m


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no0ida1le "ire %2+2+"r/32/2 "ire+ 24Propano

5spesores 6$ m

"lta calidad pieGrandes espeso

calidad

Grandes espeso

"leaciones "ire+ 2+2+"r/32 "ire+2+24 propano

8a9o contenido "! mm espesor+2 mm espesor+ Graespesores

Tabla II.- omparacin de las caracter!sticas de los distintos gases empleados en corte por plasma

%orte por agua / abrasivo

-s un proceso por erosin de tipo mecnico. 8e desarroll en los a+os sesenta parautili%ar exclusi$amente agua ya que ha#a industrias como la electro espacial quetenia pro#lemas para cortar algunos materiales como los recin aparecidosmateriales tipo fi#ra.

8in em#argo, el origen es un poco anterior a eso ya que la primera persona que seencargo de desarrollar el tema del agua como herramienta de corte fue 'ormanBran%, un ingeniero forestal que tra#a2a#a en el desarrollo de nue$as tecnologaspara el corte de madera, llegando a hacer unas mquinas prototipo con las queexperiment intentando alcan%ar grandes presiones de agua, #astante mayores delas que se utili%an hoy industrialmente. -l pro#lema era que no se poda manteneresa presin de forma continua.


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Fig.$.- Principio de funcionamiento de proceso de corte por agua (proceso de erosin)

"on este proceso por erosin se inyecta agua a presin en la pie%a a tra$s de la#oquilla, si a esta agua le a+adimos un a#rasi$o, en este caso es l quien se encargade reali%ar la erosin del material y poder arrancar las partculas para al finalreali%ar el corte.

Lo principal es alcan%ar una presin muy ele$ada del agua, una de las mximas quese alcan%an actualmente es de C?C 7!a, C).))) 'cm. La forma de conseguir estapresin es mediante una #om#a que se denomina intensificador, que fueintroducida por Dngresa >un, y que nos permite alcan%ar estas presiones de agua.

-l agua a presin se hace pasar por una #oquilla muy reducida y se consigue una$elocidad muy alta, del orden de E $eces la del sonido. -sta $elocidad tiene comofinalidad arrancar el corte. Luego, se pasa a la cmara donde se le a+ade el a#rasi$oy as sale por un extremo para cortar el material.

;al $e% uno de los pro#lemas con los procesos de corte por agua es que a medidaque a$an%a el chorro, este se flexiona o electa haca atrs y hace que la partesuperior de la pie%a se corte antes que la inferior. 8i se hace un corte recto no haypro#lema, pero si es necesario cortar esquinas interiores tendramos que a$an%ar elcorte para poder cortar la parte inferior y superior, lo que al final nos puede dar unmal aca#ado y en algunas aplicaciones se tendra que recha%ar el producto.

Otro pro#lema es el de la inclinacin de los #ordes, normalmente la %ona superiorque est enfrentada al chorro tiene una a#ertura mayor que en la parte inferior. -lsistema de corte dinmico controla para reducir estos pro#lemas, en este caso,reduciendo la $elocidad antes de llegar a las esquinas se e$itan estas entradas en la


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parte superior de la pie%a y en el caso de los #ordes inclinados se corrige lainclinacin de la #oquilla.

8in em#argo, este proceso tiene las siguientes $enta2as:

'o se origina una %ona afectada trmicamente

!uede cortar cualquier material con amplio rango espesores

'o requiere operaciones secundarias

Ferf reducido (),* @ ? mm

Buer%a de corte peque+a (?,C @ ,E Gg

!roceso limpio, sin gases

!uede reali%ar agu2eros para iniciar corte

!roceso seguro (#a2a compresi#ilidad del agua

"orta formas y geometras de gran detalle

Binalmente, como otros incon$enientes de este proceso, encontramos:

7s lento que oxicorte o plasma

"oste ele$ado de a#rasi$o (),E Ggmin a ? Ggmin

>uido

Dn$ersin inicial ele$ada (mayor que oxicorte o plasma


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Fig. %.- Fases del proceso de corte por agua

Fig &.- 'suema del proceso de corte por agua

%orte por l0ser

-s un proceso de tipo trmico. -n este caso no se produce la fusin del materialsino que se llega a $apori%ar ya que la temperatura que se alcan%a en el corte esmuy ele$ada. -l lser se consigue utili%ando un material acti$o ya sea slido,lquido o gaseoso que al ser excitado mediante una fuente de energa externa, quepuede ser de diferentes tiposH luminosa, elctrica, etc., emite radiaciones luminosasde tipo lser.

;odo esto se hace dentro de un resonador que es una cmara con dos espe2os ensus extremos en donde re#otan las radiaciones luminosas amplificndose. no de


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estos espe2os es semitransparente, en algunas partes refle2a el material y en otras lode2a pasar.

!ara conducir este lser a la %ona que queremos cortar se usan los espe2osdeflectores y una $e% que llega al ca#e%al de %ona se focali%a reduciendo el dimetro

del ha% con el fin de aumentar la potencia y por tanto la temperatura.

&lgunos tipos de lser de los que ms se ha#la industrialmente son:

Lser de CO2

8u medio acti$o son molculas de "O

La excitacin del medio se reali%a mediante corriente elctrica

La radiacin emitida es de ?),A mm

>equiere espe2os para conducir el ha% lser I 7ayor comple2idad

;iene un mayor coste y mayor mantenimiento

!otencia de ?*)) a A))) J

-s muy usado industrialmente (/*5

Lser Nd:A!

8u medio acti$o es un cristal de granate de Dtrio y &luminio (6&


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-le$ada precisin y calidad de pie%as cortadas (so#re todo en espesores

peque+os y medianos

Ferf reducido

Kona &fectada ;rmicamente muy reducida

ariedad de materiales a cortar

&lgunos incon$enientes de este proceso son:

'o puede cortar materiales reflectantes (&l, "u, etc.

elocidad reducida para espesores M E mm

Dn$ersin inicial ele$ada (en comparacin con oxicorte, plasma o agua

Dn$ersin alta "oste ele$ado de consumi#les (#oquillas, electrodos

Fig. 1.- Fases del proceso de corte por l*ser


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Fig. 11.- Principio de funcionamiento del corte por l*ser

Fig. 12.- 'suema del proceso de corte por l*ser de +2

%orte por punzonado

!roceso de tipo mecnico originado por ci%alladura. Dnter$ienen dos herramientas,una que se coloca en la parte inferior de la chapa a pun%onar o matri%, y otra que secoloca en la parte superior o pun%n.


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La compresin del material genera una deformacin, a medida que a$an%a lapenetracin del pun%n en el material se inician grietas en los #ordes de contactoentre el pun%n y la pie%a y la matri% y la pie%a, y a medida que a$an%an esas grietasse produce una rotura o fractura que hace que se separe la chapa del material derecorte, coinciden las dos grietas y el pun%n sigue penetrando hasta pro$ocar laexpulsin del material cortado.

-ntre las $enta2as de este proceso encontramos las siguientes:

!ermite cortar y adems operaciones de conformado

7s #arato que el Lser para el corte de golpes sueltos (tiempos I dcimassegundo

-n la actualidad hay mquinas de mucha $elocidad (?)) golpesmin enpun%onado

y /)) golpesmin en mascado

Dncon$enientes:

>equiere operaciones secundarias de aca#ado (cuello de #otella

!ro#lemas para cortar espesores muy ele$ados (agu2eros de gran dimetro

"oste de herramientas y reafilado

!ara finali%ar, no podramos decir con exactitud cul de todos los procesosanteriormente citados es la me2or tecnologa de corte, tal $e% lo que tendramos quetener en cuenta son los siguientes datos de referencia para elegir el que ms seadapte a nuestras necesidades:

;ipo de material a cortar

-spesores de corte

elocidad de corte

&ca#ado pie%a cortada

!recisin

Kona afectada trmicamente

'ecesidad de operaciones secundarias


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"omple2idad de la pie%a a cortar

"ostes de operacin

Dn$ersin necesaria.

Fig. 1,.- Principio de funcionamiento del corte por punonado (proceso

Fig. 1.- 'suema del corte por punonado (proceso mec*nico)


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%omparacin final

+aterial )xicorte !lasma !lasmaaltadefinicin1gua

1brasivo20ser%)3

20ser4d-51

1cero al % '%% % #! #% 2% #%6noxidable

: % #! #%% #2 #%

1luminio : #'% #! #% #% '%obre : $% #! #%% : '4uel : -' #! -' #% #%Titanio !%% -' #! #% #% #%+adera : : : #%% 2' :!apel : : : : ; :

!olmeros : : : ; 2 :"idrio : : : ; 2 2

%er0mica : : : 2 2oma : : : ; #% :

+aterial Espesor'mm*

"elocidad 'mm7min*

)xicorte !lasma 1gua20ser %)3,

'8 9:*

1cero' -%% *'%%(

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