Mejores sistemas de accionamiento y tecnología de perforado conducen a un
mejor corte de agujeros
Cuando las máquinas de
corte láser de CO2 hicieron su gran debut en la escena de la metalmecánica en
la década de los 80s, la gente se preguntó sobre el futuro de la punzonadora.
¿Cómo podría la tecnología del punzonado tradicional competir con una máquina
herramienta que no requería herramental para crear agujeros y formas?
Pues bien, la historia
ha mostrado que el corte con láser de CO2 no significó el fin del punzonado. De
hecho, las punzonadoras de precisión siguen siendo la opción tecnológica para
esos fabricantes que producen alto volumen de piezas con punzonados de tamaños
consistentes. Por otro lado, han surgido las máquinas de corte láser como herramientas
de fabricación más flexibles. Cada una contribuye de una manera única al éxito
de un taller.
Pero conforme más
fabricantes metalmecánicos buscan eliminar el manejo de material de partes
durante la producción, éstos buscan llevar a cabo más tareas mientras que la
pieza espera en la mesa de la máquina herramienta. Ésta es una de las razones
de que los fabricantes estén presionando a sus máquinas de corte láser para que
les brinden la más básica de las actividades de fabricación: el corte de
agujeros.
Un fabricante de metales
puede necesitar crear alguna hoja perforada, pero no tiene el volumen necesario
para usar una punzonadora; en este caso, el láser puede cortar rápidamente los
agujeros y concluir el trabajo. O quizás el taller quiera cortar agujeros con
precisión para poder crear un agujero de lado a lado para algún tipo de pieza
de soporte para el ensamble final; en este caso, la capacidad de la máquina de
corte láser de brindar un agujero con una tolerancia estricta elimina
actividades secundarias de taladrado corriente abajo.
Estas máquinas de
fabricación modernas pueden hacer dichas tareas gracias a los avances en la
tecnología de accionamiento, en las capacidades de perforado y en el software
de control. No se trata de máquinas de hace 20 años, que podrían haber
batallado con una alimentación inconsistente del rayo y con efectos del calor
ambiental sobre la consistencia. Las máquinas de la actualidad están listas
para la tarea completa de cortar agujeros en materiales delgados.
Accionamiento
para cortar mejor
Si una máquina de corte
láser va a producir un agujero con una tolerancia estricta, la cabeza de corte
necesita estar en la posición correcta. “Mientras más preciso sea el
posicionamiento de su rayo láser, más preciso será el agujero”. El mismo
principio se aplica a las punzonadoras.
“De forma realista,
sería lo mismo con una punzonadora, la precisión en el posicionamiento de la
hoja a su vez se relaciona con la precisión de posicionamiento del agujero en
la parte. Es cuestión de mover la cabeza de corte”, Durante muchos años, la
tecnología de accionamiento por tornillo de bola impulsó la cabeza de corte
sobre la cama de la máquina de corte láser. La tecnología resultó muy efectiva
en posicionar con precisión la cabeza de corte donde necesitaba estar., En un
equipo, se puso la precisión de posicionamiento del sistema accionado por
tornillo de bola en aproximadamente ±0.0004 pulgadas.
“Pero no puede avanzar
muy rápido, lo que no significa mucho al cortar, pero que de hecho la hace
rebotar de un detalle de una parte a otro”,
Eso llevó a la adopción
de sistemas de accionamiento de piñón y cremallera, lo cuales aumentaban las
velocidades de avance, pero no podían ofrecer tanta precisión como la
tecnología de tornillo de bola.
Sin embargo, durante los
últimos 10 años, la industria ha introducido una nueva opción tecnológica de
accionamientos lineales. Éste fue un importante paso adelante del uso de
movimiento rotatorio hacia movimiento lineal.
A diferencia de un motor
rotatorio, en el cual imanes interactúan con bobinas para girar la flecha
repetidamente, un motor de accionamiento lineal tiene imanes alineados lado a
lado a lo largo de una guía fija, que interactúan con devanados eléctricos en
el componente móvil. Cuando la corriente fluye a través de los devanados, el
componente se mueve a lo largo de la guía. El componente móvil mueve la carga,
en este caso la cabeza de corte, a la posición deseada. Un codificador asegura
la ubicación precisa de la cabeza de corte.
“Lo que los
accionamientos lineales nos han permitido a nosotros y a otros más es disfrutar
lo mejor de dos mundos. Son sumamente precisos y sumamente rápidos. El tiempo
de respuesta ahora se mide en Gs de fuerza. Algunas máquinas son de hasta 3G o
4G en aceleración y desaceleración”,
Sin embargo, los
sistemas de accionamiento lineal no son la única opción para los fabricantes
metalmecánicos. Los sistemas de piñón y cremallera siguen usándose ampliamente
por su confiabilidad y accesibilidad. De hecho, la tecnología sigue mejorando
para responder a la velocidad de los láseres de estado sólido que se encuentran
cada vez más en los talleres metalmecánicos.
Se introdujo un sistema
de accionamiento patentado en 2011 que fue diseñado específicamente para corte
con láser de fibra (vea la Figura 1). (En el corte con láser de fibra,
se produce un rayo láser de estado sólido cuando los láseres de diodo emiten
longitudes de onda electromagnética específicas hacia fibras ópticas, similares
a los usados en la industria de las comunicaciones. La energía del láser que se
crea en esas fibras ópticas se alimenta luego a través de una fibra óptica de
transporte a la cabeza de corte). El posicionador de la cabeza de enfoque es
accionado por un par de motores rotatorios, lo que permite que la cabeza de
corte se mueva en una distancia de 17 cm. Esta estrategia de sub-ejes X-Y no es
nueva para el corte con láser, más bien es diferente en el sentido de que la
cabeza de corte no es cargada con el peso extra de un sistema de enfriamiento
dedicado o con reglas ópticas.
Figura 1
La tecnología de movimiento
rotatorio usada en los sistemas de accionamiento de las máquinas de corte láser
no significa necesariamente un paso atrás de los accionamientos de movimiento
lineal. La nueva tecnología de motores rotatorios está diseñada para ofrecer un
desempeño similar al de los motores lineales, mientras que consume menos
potencia cuando está en operación.
En realidad nosotros no
cambiamos nada en los ejes principales X y Y. La cabeza de posicionamiento,
debido a su peso ligero, puede acelerarse muy rápido. Esto de hecho elimina la
necesidad de que los accionamientos lineales alcancen un alto desempeño al
cortar esos nidos de láser que tienen muchos atributos muy cercanos entre sí.
Ésta se mueve rápidamente por sí misma sin siquiera mover mucho los ejes
principales.
La cabeza de corte puede
alcanzar una aceleración hasta de 5G, que ayuda a cortar más partes por
hora—incluso si esas partes tienen muchos agujeros.
Por lo tanto, las
máquinas modernas de corte láser de la actualidad tienen sistemas de
accionamiento que pueden tener la cabeza de corte en una posición precisa en un
parpadeo, pero ¿qué ocurre cuando el láser está a punto de hacer ese corte
inicial?
Entendiendo
el perforado
Antes de que pueda hacer
un agujero, el láser primero necesita perforar el metal. Ese paso establece la
base para el resto del corte.
Durante muchos años los
fabricantes metalmecánicos tuvieron que confiar en el perforado por pasos o
intermitente para producir agujeros precisos. La cabeza de corte se quedaba en
un punto hasta que el láser cortaba el material. Desafortunadamente, esto
tardaba varios segundos; para materiales gruesos, podía tardar hasta 25
segundos. Además, el prolongado proceso de corte exponía el material a mucho
calor, lo que aumentaba el riesgo de cambios metalúrgicos.
Más tarde, los
constructores de máquinas herramienta introdujeron el concepto de perforado con
granalla. El resonador se puso a potencia máxima, y el disparador se abrió para
liberar una poderosa ráfaga de energía.
Atraviesa bien el
material.
Desafortunadamente, este
chorro de granalla creaba un efecto volcánico, donde metal fundido fluía y
dejaba salpicadura por toda la hoja metálica. La gran liberación de potencia
láser también producía cráteres, lo que no mejoraba en nada la capacidad de la
tecnología de hacer agujeros pequeños y precisos.
La tecnología de control
avanzada ayudó a refinar la potencia de perforado de las máquinas de corte
modernas. Ahora se usan sensores para detectar cuando se necesita un aumento o
una reducción de la potencia láser para producir una perforación limpia y
rápida (vea la Figura 2).
Figura 2
Esta pieza de ejemplo muestra la
diferencia entre el perforado por granalla clásico (izquierda) y el perforado
hecho con la ayuda de sensores avanzados que pueden detectan cuándo aumentar o
reducir la potencia láser (derecha).
Lo que los sensores
están haciendo ahora es que en realidad están monitoreando la deflexión del
rayo. Cuando la deflexión del rayo está aumentando, bajamos la potencia láser.
Y si hay una pequeña deflexión del rayo, entonces la subimos.
Esto nos da la
oportunidad de hacer agujeros más pequeños incluso en materiales más gruesos”,
“Y no sólo de hacerlo, sino hacerlo de manera consistente y repetitiva, lo cual
es la clave para la producción.
Este enfoque ha ayudado
a limitar esa cantidad de deformación del material que podría ocurrir en la
pieza de hoja metálica, debido a que el material ya no está expuesto al calor
por un tiempo prolongado.
De hecho, estamos
obteniendo agujeros tan precisos como los que obteníamos con perforado por
pasos, o incluso más precisos, pero a las velocidades del perforado con
granalla.
Otro descubrimiento
reciente ha sido la introducción del perforado sobre la marcha. En lugar
de que la cabeza de corte perfore el material en medio del agujero que se
pretende hacer, la perforación se hace directamente sobre el contorno del
agujero con la cabeza de corte a plena velocidad.
Este enfoque es adecuado
cuando un fabricante metalmecánico desea hacer el número máximo de agujeros en
una cantidad mínima de tiempo. La perforación sobre la marcha sí reduce en
cierta forma la calidad del agujero, debido a que la perforación ocurre en el
borde del agujero, pero es muy probable que el fabricante metalmecánico que
prefiere este tipo de perforación esté más interesado en la velocidad que en la
calidad del agujero.
El
equilibrio entre velocidad y calidad
En cierto modo, la misma
interrogante que existía hace más de 25 años existe ahora. Los avances en la
tecnología de los sistemas de accionamiento, de perforado e incluso de control,
permiten a las máquinas de corte láser brindar un buen desempeño en el corte de
agujeros, pero si el taller metalmecánico excede los límites de la máquina, la
calidad global puede verse afectada.
Existe un entendimiento
de que hay una toma y dar en un proceso de manufactura, para lograr
consistencia, tienen que devolverse otras cosas. Por otro lado, cuando usted
renuncia a esa consistencia, regresa lo demás, velocidad y procesamiento. Usted
tiene que sopesar una cosa contra la otra.
Las máquinas de corte
láser pueden hacer cosas extraordinarias, especialmente en comparación con la
tecnología 10 años más vieja; pero no están diseñadas para exceder las
especificaciones del fabricante de la máquina de corte láser por tiempos
prolongados. Por eso, si un arco azul está presente durante el corte de
agujeros con nitrógeno o si hay chisporroteo excesivo durante el corte, es
posible que el operador sólo quiera desacelerar.
La fibra
encuentra su camino
La regla generalmente
aceptada en el corte de agujeros es que el tamaño mínimo del agujero no debe
ser menor al espesor del material.
Lo que hemos encontrado con el láser de fibra
es que podemos bajarnos a un cuarto del espesor del material. Es difícil, por
ejemplo en material de 0.5 pulgadas, medir la calidad del agujero cuando se
trata de tamaños tan pequeños.
Y ciertamente el cliente
tendrá que decidir si ése es un agujero suficientemente bueno.
Pero estamos haciendo
agujeros bastante decentes, hasta de 3 mm en material de 12 mm. Es un agujero
recto.
El corte con láser de
fibra parece evitar los problemas de producir plasma durante el corte con
nitrógeno debido a su longitud de onda. Un rayo láser generado por fibra tiene
una longitud de onda de 1.064 micrones; un rayo láser generado por resonador de
CO2 tiene una longitud de onda de 10.6 micrones.
Esto probablemente
ocurre más con materiales más delgados, por decir calibre 11 o menor. Usted
obtiene plasma [con corte por láser de CO2], tantas veces que tiene que reducir
su flujo de gas para ayudar a reducir ese tamaño de plasma. Entonces, cuando
empieza a cortar tiene que aumentar su flujo de gas. Por supuesto, todo esto
lleva tiempo.
Con el láser de fibra,
el plasma no afecta al láser debido a la longitud de onda. Toda la energía del
láser de fibra sigue pasando a través del plasma, por lo que en realidad no afecta
sus parámetros de corte. Así que usted ahorra tiempo porque mantiene
consistente la presión del gas.
