Este estudio, aclara algunas de las dudas que muchas
veces aparecen en la industria respondiendo la pregunta escuchada en el mundo
de la metalmecánica. ¿Cuál tecnología de corte es la mejor?
En realidad, la respuesta a la pregunta
no puede ser cubierta en una simple declaración. La respuesta depende del metal que se va a cortar, del espesor del
metal, de cómo define el cliente un corte de calidad, que tan rápido tiene que
hacerse el trabajo y cuáles son los requisitos de soldadura después del corte.
Con tantas variables, ¿qué tiene que hacer un gerente de
planta cuando está buscando una comparación entre tecnologías de corte? Los fabricantes
de máquinas herramienta se dan cuenta de la confusión que puede confrontar
a los usuarios, y es por eso que la comparación directa de las
tecnologías de corte de metal tiene tanto sentido. Las mismas partes,
los mismos escenarios de costos, y resultados diferentes todo con la intención de darle a los usuarios una visión
mucho más clara.
Reglas
para la Comparación
Se seleccionaron dos partes para la
comparación del corte de metal. La parte A
(vea la Figura 1) es una placa rectangular con tres agujeros interiores. La
parte B (vea la Figura 2) es una
parte de una rueda dentada con un agujero interior.
Fig. 1 La Parte A queda perfectamente en una hoja de
(1.5m x 3m).
Fig. 2 La Parte B requiere cortes más precisos
a través de la hoja de (1.5m x 3m).
Ambas partes se cortaron en acero suave
y aluminio a espesores variables: 3,6 mm, 12 mm y 25 mm.
Para la base de esta comparación, los costos operativos incluyen
consumibles, gas, electricidad, y mantenimiento. Los costos de mano de obra no
se incluyeron porque los salarios difieren dramáticamente.-
Los costos de capital se dividieron en
dos escenarios diferentes: una renta de dos años a 2,000 horas de operación por año, la cual cubre una operación de
un turno, y una renta de seis años a 6,000 horas por año, la cual cubre una
agenda de 24 horas al día, tres turnos. Ambas rentas se calcularon con un
interés del 8 %.
Tecnologías Usadas en la
Comparación
En esta comparación de corte de metal se usaron
tecnologías de corte con oxigas, plasma, láser y chorro de agua.
Corte
con
Oxigas. En este método de corte de metal, se usa un
soplete para calentar el metal a temperatura de ignición. El chorro de oxígeno
con el que se apunta al metal reacciona con el metal en un proceso químico,
oxidando al acero y soplándolo para iniciar el corte. El calor es realmente un
subproducto del proceso.
El corte por oxigas se usa
principalmente para cortar acero suave en espesores de 12 de mm a 300 mm. La tecnología no se considera práctica para
aluminio o acero inoxidable, pero puede usarse para titanio.
La tecnología tiene una ZAT muy grande en comparación
con las otras tecnologías de corte, y no es tan precisa, típicamente ±1,5mm a ±3mm, aunque un
control cuidadoso del proceso puede resultar en parámetros de tolerancia mucho
más estrictos.
La tecnología ha mejorado enormemente en años
recientes con los avances técnicos. Los sopletes de alta velocidad han
resultado en velocidades de corte un 20 % más rápidas que las de las
generaciones previas. Las puntas censoras de altura y la regulación de gas CNC
mantienen las operaciones de corte por oxigas funcionando de manera eficiente.
El corte con oxigas tiene bajo costo de
capital en máquina herramienta, además,
puede agregarse tecnología de automatización para permitir operaciones múltiples.
Corte
por Plasma. Cuando un gas
se calienta a una temperatura extremadamente alta, éste se ioniza. En este punto, el gas
ionizado, eléctricamente conductor, puede ser llamado plasma.
Cuando se envía una alta velocidad de plasma a una
pieza de trabajo metálica, con ésta se envía un arco eléctrico. El calor del
arco funde el metal que se va a cortar, y el chorro de gas ionizado sopla el
metal fundido.
Para propósitos de esta comparación, se usaron sistemas de plasma de alta
densidad, también conocidos como sistemas de alta definición. Esta tecnología
produce mucho mejor corte porque el reciente desarrollo de boquillas reduce
dramáticamente el arco, para entregar mayor densidad de energía.
El corte por plasma puede brindar una
variedad de velocidades y calidad de corte, dependiendo del material que se
vaya a cortar, del espesor del material, de la calidad deseada del corte, y de
la velocidad de corte requerida. La capacidad para ajustar el amperaje de la máquina, de 30 Amp a 260 Amp, permite
esta flexibilidad.
Una sencilla regla: mientras más potencia le dé, más rápido cortará el metal con plasma. Las
velocidades de corte son menos afectadas por el espesor del material que otros
procesos. De hecho, el corte por plasma es efectivo para aluminio,
particularmente aluminio grueso.
Debido a que el corte con plasma no es
tan preciso como otras tecnologías de corte
de metal, puede no ser capaz de entregar una serie de agujeros funcionales. El
ancho mayor de la muesca afecta la definición de la parte. Es por eso que la
tecnología con frecuencia se equipara con el herramental de punzonado. Sin
embargo, el corte con plasma de alta densidad puede dar tolerancias de ±0,25 mm
a ±0.40 mm en procesos estrechamente monitoreados.
Las máquinas de corte plasma pueden brindar muchos de estos beneficios.
También se cuenta con manejo automatizado de material para estos equipos de
corte plasma.
Corte por Láser. Un resonador láser emite un rayo de luz
de baja divergencia con una longitud de onda bien definida que, cuando se
enfoca a un punto pequeño, es capaz de cortar metal. La mayoría de las máquinas
de corte por láser encontradas en los talleres son impulsadas por un resonador
de CO² y su potencia va de 1.5 kW a 6 kW.
En algún momento,
los láseres se limitaron a cortar metal de chapa delgada. Sin embargo, debido
al surgimiento de resonadores láser más poderosos, los láseres ahora se usan
comúnmente para cortar aceros más gruesos, normalmente hasta de 40 mm. La
máquina de corte láser de 4kW usada para esta comparación tuvo pocos problemas
al cortar partes de acero y aluminio, salvo por uno.
La máquina no pudo procesar el aluminio de 25 mm debido a su mayor
reflectancia, comparado especialmente con el aluminio más delgado serie 5000 ó
6000.
Las máquinas de corte láser son opciones populares en los talleres de
fabricación porque éstas cambian de un metal a otro realmente rápido y pueden
manejar varios espesores con un simple cambio en el ajuste del foco. Los
láseres tienen además una ZAT muy pequeña debido a que el láser puede enfocarse
muy estrechamente.
La tecnología de control del corte láser ha
mejorado, haciendo el manejo del proceso mucho más simple. Los cabezales de
corte se ajustan para mantener una altura constante durante la operación. El
foco cambia automáticamente cuando se introduce un nuevo material. Una
longitud constante del rayo se mantiene en algunas máquinas con óptica volante,
ayudando a brindar desempeños consistentes del corte. La entrega de gas
auxiliar se ajusta conforme el láser se mueve a la siguiente tarima. La mayoría
de los sistemas vienen con cambiadores de tarima básicos, que permiten a los
operadores montar la siguiente hoja mientras el corte continúa en otra hoja.
Las máquinas de corte láser son herramientas de fabricación muy flexibles,
capaces de entregar corte a tolerancias muy altas, pero también son
dispositivos muy complejos. Por ello este tipo de equipamiento es el más
costoso, por tanto, no muchos talleres
de fabricación estarían considerando implementarlo.
Corte
por Chorro de Agua. Llámelo simplemente erosión rápida. El
corte por chorro de agua se basa en una bomba de agua de alta presión para
empujar agua a través de una boquilla donde el agua se mezcla con un abrasivo,
como óxido de aluminio. La combinación del chorro de agua a alta velocidad y
los abrasivos erosiona el material al cual se apunta la boquilla.
El corte por chorro de agua es adecuado
para aquellos talleres que desean cortar una variedad de sustancias, no sólo metales. Los chorros de agua pueden
usarse para cortar materiales tan diversos como vidrio y hule.
Cuando se trata de metales, el corte por
chorro de agua es popular porque produce un corte sin ZAT. El material no se
distorsiona alrededor del corte, siendo el resultado final un muy buen acabado
superficial.
Una máquina de corte por chorro de agua puede cortar fácilmente chapa
metálica delgada y hasta de 300 mm de espesor, de ser necesario. Obviamente,
conforme el chorro de agua corta materiales más gruesos, las tolerancias bajan
mientras que los tiempos de corte aumentan.
La capacidad para hacer cortes precisos
es otro beneficio del corte por chorro de agua. Los fabricantes pueden cortar
partes pequeñas con una
tolerancia de ± 0,025 mm o mejor, y partes grandes con una tolerancia de ±0.075
mm a +0.12 mm.
La bomba del chorro de agua está en el corazón del sistema de
corte. Básicamente, mientras más pueda
aumentar un fabricante la presión del chorro de agua, más rápido puede hacer el
corte. Las bombas de accionamiento directo más pequeñas tienen una eficiencia
de alrededor del 90 % y pueden producir hasta 55,000 PSI. Las bombas
intensificadoras más grandes tienen una eficiencia de alrededor del 60 % y
pueden producir hasta 87,000 PSI.
Los avances en bombas y otras áreas, como la tecnología que permite
que una boquilla de chorro de agua se ajuste automáticamente durante el corte
para una precisión mayor de la parte, han ayudado a hacer el corte por chorro
de agua una tecnología de corte mucha
más competitiva. Cabezales múltiples de corte por chorro de agua y preparación
automatizada del material ayudan a hacerla todavía más competitiva.
Comparación de Tiempo
Antes de que se hicieran las
comparaciones del corte, todas las partes coincidieron en dos verdades básicas:
1.
Decidir sobre un proceso de corte de metal se reduce a costo por parte y
calidad de la parte cortada.
2. El cliente va a ser el juez de la calidad de la parte. Con eso en mente, los
participantes en esta comparación coincidieron en que, dependiendo del sistema de
accionamiento, los láseres y
chorros de agua brindaban el más alto grado de precisión de partes. Los
sistemas de corte por plasma fueron los siguientes, y el corte por
oxicombustible fue suficientemente preciso para muchas aplicaciones.
Cuando se trató de tiempo de procesado de partes para
la Parte A, los láseres probaron ser los más rápidos cuando se trató de cortar
aluminio y acero de calibre delgado Fig.
3.
Fig. 3 - Empleando seis cabezales de corte, el corte pe oxigas
mejora dramáticamente su eficiencia de producción
de partes. En lugar de producir una parte en 21 segundos, pueden producirse
seis partes al mismo tiempo ("Oxigas 6" en la figura representa un
sistema de oxigas con seis antorchas de corte.)
El plasma fue muy competitivo tanto en aluminio como en acero, en los
diversos espesores. El chorro de agua probó su valor en corte de aluminio.
El procesar la Parte B fue un tanto más difícil para algunas tecnologías de
corte Fig. 4, pero los
resultados globales fueron similares que aquéllos para procesar la Parte A.
Fig. 4 - La máquina de corte láser necesitó menos
tiempo para procesar la parte B, en comparación con el tiempo de procesado
para la parte A.
Con respecto a los costos de partes, el
corte por plasma sobresale en todos los espesores de la Parte A en aluminio
(vea la Figura 5). Las otras
tecnologías de corte de metal son mucho
más competitivas cuando la atención se concentra en la Parte A en acero (vea la
Figura 6).
El costo por parte para cortar la Parte B en aluminio (vea la Figura 7) presentó una reducción casi general en comparación
con el corte de la Parte A en aluminio. Lo mismo puede decirse para el corte de
la Parte B en acero, en comparación con el corte de la Parte A en acero (vea la
Figura 8).B
Fig. 5 La opción de renta
por 2 años, identificada como Renta No. 1, hace el corte por chorro de agua y
por láser opciones no competitivas para cortar versiones gruesas de la Parte A
en aluminio.
Fig. 6 Los costos operativos para el corte por láser y por
oxigas son bajos cuando se trata de cortar la Parte A en acero.-
Fig. 7- Las
tecnologías de corte de metal son muy competitivas cuando se trata de costo
por parte de aluminio calibre 16.
Fig. 8 - Los costos
operativos para muchas de estas tecnologías no son tan altos como uno
podría pensar inicialmente.
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