Tp Máquinas de Corte Monografia

MÁQUINAS DE CORTE

Alumnos: Álvarez Joel Garrone Augusto Pineda Jesús Tschudy Nicolás Materia: Tecnología de fabricación Año: 4º Com. 01 Carrera: Ingeniería mecánica

Introducción Nos proponemos analizar las siguientes tecnologías existentes para realizar el proceso de corte de materiales: 1) SIERRAS DE CORTE 1. CIRCULAR 2. SIERRA DE CINTA (SIN FIN) 2) SISTEMA DE CORTE ORBITAL 3) CORTE POR CHORRO DE AGUA (Waterjet) 4) CORTE POR PLASMA 5) OXICORTE

1) 1. Sierra de corte circular La sierra circular es una máquina para aserrar longitudinal o transversalmente madera, metal, plástico u otros materiales. Está dotada de un motor eléctrico que hace girar a gran velocidad una hoja circular. Empleando una hoja adecuada (en cuanto a su dureza y a la forma de sus dientes), una sierra circular portátil puede cortar una amplia variedad de materiales. Se caracterizan por realizar cortes precisos. Además, algunos modelos posibilitan el corte en ángulo hasta de 45 grados e incorporan una protección contra el polvo o serrín que se produce en el corte; algunas están preparadas para conectarse a un extractor externo. El movimiento principal lo tiene la herramienta que gira alrededor de eje y avance transversalmente a la pieza a cortar. Se emplea una hoja redonda con dientes distribuidos periféricamente donde los dientes pueden ser del tipo integral o insertados. La hoja de sierra por lo general es de acero aleado al cromo-vanadio, pero en algunas aplicaciones los dientes son de carburo. Ventajas: corta gran variedad de materiales, cortes precisos Desventajas: solo corta materiales blandos o no endurecidos

SIERRA DE CORTE ABRASIVA En este caso la herramienta es una delgada rueda abrasiva que gira a altas tv velocidades, generalmente tiene un tornillo de banco u otros sistemas de sujeción, y tiene la rueda de corte y motor montado sobre un brazo giratorio conectado a una placa base fija. El corte abrasivo puede ser en seco o con liquido de corte. El uso de fluido permite de corte permite un mejor acabado superficial.(Técnicamente no es una sierra porque no tiene dientes) Ventajas: es adecuada para la mayoría de los metales, y para materiales como vidrio y cerámico. Se puede conseguir tolerancias estrechas y los metales endurecidos no tiene que recocerse para ser cortados. Desventajas: la vida útil del disco es corta, limitación en el espesor de corte.

SIERRA CIRCULAR PARA CORTE POR FRICCÓN El proceso de corte por fricción se basa precisamente en la fricción producida por la elevada velocidad periférica de la sierra en contacto con el perfil de hierro a cortar que, con el agregado del oxígeno del aire, produce la fusión del acero eliminando el material en forma de chispa. Las sierras de corte por fricción que se utilizan habitualmente en cortadoras de alta velocidad (2.000 a 8.000 rpm o Vc = 80 a 100 m/s), ya sea sensitivas o automáticas.

1) 2. Sierra de corte sin fin Existen dos tipos de sierras sin fin: horizontal y vertical. En la primera el movimiento lo tiene la banda flexible sobre dos ruedas de una polea que pasa a través de dos soportes guiados que donde apoya la hoja y mantiene su correcto curso. La cinta avanza siempre hacia le material. En el corte vertical, el material se mueve hacia la cinta, bien sea manual o mecánicamente, de hecho, las manos del operario siempre están sujetando la pieza que se va a cortar. Vale anotar, que existen sistemas automatizados de alimentación hidráulica para el movimiento de materiales grandes y pesados. El material de la hoja de sierra es generalmente carburo de tugsteno o acero al carbono de alta velocidad, y podemos decir que a mayor espesor en el material, menor será el número de dientes y, por el contrario, a menor espesor del material mayor será el número de dientes.

SIERRA VERTICAL

SIERRA HORIZONTAL

Piezas obtenibles:

PARÁMETROS DE CORTE TIPO DE HERRAMIENTAS Las sierras de disco comunes, se construyen con diámetros comprendidos entre: d=30mm y 300 mm, con espesores variables entre e=0.30 y 6 mm. Los dientes de estas sierras no son trabados, sino que ellos tienen mayor espesor en la periferia.

ÁNGULOS DE LOS DIENTES • Ángulo de ataque o de desprendimiento de virutas Es el ángulo determinado por la cara frontal del diente y la línea de radio del eje , éste ángulo influye en la calidad del corte, en la fuerza de empuje y en la fuerza de corte. Tanto el diámetro de la hoja, como el saliente de dientes por encima de la madera afectarán la incidencia de éste ángulo,produciendo un acabado más o menos liso en la superficie cortada. ◦ Ángulo positivo y negativo Dependerá del material a cortar la elección del ángulo de corte. Para maderas blandas y materiales de mucho desprendimiento de viruta se usan ángulos positivos, reduciéndose para maderas duras y ángulos negativos para cortar materiales compuestos y melamínicos. ◦ Ángulos positivos: Los dientes de ángulo positivo realizan un corté rápido, con fácil

desprendimiento de la viruta, orientando la fuerza de corte en dirección hacia la mesa. ◦ Ángulos negativos: Los dientes de ángulo negativo realizan un corté más forzado que el anterior, con difícil desprendimiento de la virutas, logrando un pulimento del corte mejor en la parte superior. •

Ángulo libre

El ángulo libre favorece el arranque de virutas del diente siguiente, según el paso del diente y de la velocidad de avance de la pieza será necesario que éste ángulo sea mayor o menor; si es mayor el ángulo libre, permitirá una mejor salida de la viruta con avances rápidos, si por el contrario fuera chico, deberá emplearse para mecanizados con arranque de viruta reducido y menor avance.

VELOCIDADES Velocidad de corte: V = 20 a 40 m/min. Hierro y acero. V = 50 a 100 m/min. Bronce latón. V = 50 a 60 m/seg. Corte en caliente Velocidad de avance: Va = 5 a 10 mm/min. Sierras comunes. Va = 40 a 50 mm/min. Sierras muy potentes. La velocidad de corte hace referencia a la rotación de la hoja y el avance al descenso del cabezal. Ambos deben controlarse para el proceso de corte. Por ejemplo si las rpm de la hoja es muy elevada respecto al descenso del cabezal se reducen efecto de pulido y no de corte y viceversa.

2) Sistema de corte orbital La máquina de biselado y corte orbital de tubos se caracteriza por su alta eficacia y velocidad rápida, así como por el acabado liso de las superficies, sin deformación ni rebabas. Es la elección ideal para el corte y biselado en condiciones donde es necesario soldadura de calidad. Características 1. Este equipo de procesamiento orbital de tubos se ajusta para una variedad de materiales. 2. Cuando está en funcionamiento el cuerpo principal gira para cortar mientras el tubo permanece fijo. (Sistema de corte planetario) 3. El motor puede apagarse automáticamente cuando la temperatura sube hasta un nivel de riesgo. 4. Además de la función de protección de alta temperatura, el motor también viene con protección de fugas elécticas, control de velocidad uniforme, retardante de llama y resistencia a impactos. 5. La cortadora puede realizar la alimentación de manera automática y, durante el proceso de corte, no es necesario ajustar la posición de la herramienta de corte.

Estructura 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21.

Llave multifuncional Placa de soporte Mordaza circular de sujeción Carcasa deslizante Interruptor de encendido/apagado Botón regulador automático Botón de parada de emergencia Controlador de deslizamiento positivo y negativo Regulador automático de la caja del motor manivela Carcasa deslizante Hoja de corte Puerto para llenado de aceite Ventana de nivel de aceite Caja de engranajes Motor para la hoja de corte Mango Regulador de velocidad de las hojas de corte Interruptor de encendido/apagado Protector de la hoja de corte Placa de montaje rápido

Disco de corte

Esta hoja de corte tipo sierra está hecha de acero de herramienta de calidad y acero de aleación de cobalto. Se puede utilizar para cortar todo tipo de materiales metálicos

3) Corte por chorro de agua El corte por chorro de agua es un proceso de índole mecánica, mediante el cual se consigue cortar cualquier material, haciendo impactar sobre éste un chorro de agua a gran velocidad que produce el acabado deseado.

Diagrama de una máquina de corte por chorro de agua. 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 - 11. Arena abrasiva Es un proceso revolucionario que hoy en día es de máxima utilidad y comienza a ser un recurso habitual a la hora de mecanizar piezas, es bastante simple pero a la vez muy complejo. Resulta una herramienta muy versátil y cuya aplicación es extensible a prácticamente todos los trabajos industriales. Al ser un procedimiento de corte en frío resulta especialmente interesante, ya que está demandado en todas las aplicaciones en las que el material no se pueda ver afectado por el calor. Existen numerosas ventajas que hacen de éste un producto destacado en el mundo industrial, respecto a otros métodos más limitados. PROCESO La primera fase del proceso tiene lugar en el momento en que el pedido entra en oficina técnica, se diseña la pieza con el oportuno software de diseño asistido por ordenador (cad) mediante el cual se asignan las medidas del objeto, el espesor y el tipo de material a cortar. Una vez diseñada la pieza a mecanizar, se referencia, y esta se vincula con el programa particular de la máquina del corte por chorro de agua. Una vez este ha sido almacenado en la base de datos, el paso siguiente es dirigirse directamente a la máquina, y mediante el ordenador de la propia máquina se busca el archivo guardado, puede ser posible añadirle determinados datos como sean la dureza o características del material, a la vez cabe tener en cuenta el tipo de corte que se desea obtener ya que puede variar desde el más bruto, al más definido, ya que los bordes del corte son limpios y sin imperfecciones. Todo esto dependerá de la utilidad que se le quiera dar a la pieza, la importancia que tenga la misma o el precio que este dispuesto a pagar el cliente.

Un cortador abrasivo por chorro de agua acaba una herramienta especial. Ya seleccionadas todas estas variables se procede al ajuste y fijación del bruto a cortar. Por una parte, hay que tener en cuenta la distribución del material con el fin de optimizar el mismo y, por otra, valorar el material del que se dispone (en existencias), ya sea restos de otros mecanizados o material por utilizar, tratando siempre de aprovechar las existencias con el fin de no acumular restos de unos y otros trabajos, reduciendo de esta manera costes y rentabilizando el material. Una correcta ubicación de las distintas piezas permitirá, en el caso de máquinas con múltiples cabezales de corte, trabajar en paralelo y agilizar de esta forma el proceso de corte pudiendo trabajar con diferentes encargos de forma simultánea. A partir de este momento en el que ya hemos ubicado el bruto a cortar adecuadamente se procede al corte de la pieza, en la que la máquina toma el mando de la operación. Existe la posibilidad de tener que interrumpir el proceso con tal de reajustar la pieza, o de comprobar si todo va correcto, pero si no hay ningún problema, desde que la máquina inicia el corte hasta el final, es un proceso continuo que termina con un acabado excelente de la pieza a mecanizar. Características del proceso El dispositivo consiste en un chorro de agua a presión, cuyo diámetro de la boquilla oscila entre 0,08 mm a 0,45 mm de diámetro, por el cual sale una mezcla de agua y abrasivo lanzado a una presión muy elevada, capaz de cortar cualquier tipo de material. Uno de los elementos más importantes es la boquilla por la que sale el chorro; de ella depende la cohesión del chorro que condiciona en gran medida la viabilidad técnica de la aplicación, pues si el chorro es cónico se pierde poder de corte, precisión, calidad y las características de corte en seco.

Imagen 1. La presión del chorro de agua es otra de las características más importantes del proceso. La aporta un sistema consistente en una bomba dotada con un intensificador de ultrapresión que hace que pueda llegar hasta 4000 bares de presión. Dependiendo del objeto existe la opción de trabajar a menos presión (alrededor de unos 2000 bares) o incluso trabajar sin el abrasivo; esto se utiliza

en materiales de poca dureza que no necesitan del abrasivo para ser cortados (imagen 1), o con el fin de trabajar piezas que por ejemplo solo hay que marcar, no cortar. Los carteles metálicos en los que las letras y figuras plasmadas también se fabrican con chorros de agua a baja presión, que no lleguan a cortar pero marcan, obteniéndose sorprendentes resultados como los de la imagen 2. Pero por lo general se trabaja en altas presiones como la de 4000 bares, a pesar de que muchas veces no es necesario por el espesor a cortar, ya que con mucha menos presión se realizaría el mismo corte y con las mismas condiciones. Lo que hace que se trabaje normalmente a máxima presión es el hecho de agilizar el proceso ya que esto le aporta más rapidez al corte, que puede requerir desde minutos a horas.

Imagen 2. La velocidad de corte es de máxima importancia, y esta dependerá de factores como la presión de la bomba y la capacidad del intensificador, diámetro de la tobera, cantidad y calidad de abrasivo y del espesor de la pieza. En referencia a valores de velocidad encontramos que todo este sistema de aporte de presión permite que el líquido salga por el orificio a una velocidad de 1000 metros por segundo. El motivo de añadirle abrasivo al agua es debido a que un simple chorro de agua no sería capaz de desarrollar cortes como los actuales en los materiales más duros, por ello se le aporta este abrasivo, mezcla de arcillas y vidrios, que dota al sistema de un aumento de posibilidades de corte infinito. En relación al espesor de la pieza a cortar cabe decir que sirve desde 5 mm, que es cuando empezaría a ser rentable usar este método, hasta espesores de 200 mm en cualquier material, llegando incluso a los 400 mm usando eso si, aplicaciones especiales. Pero como se ha comentado antes, esto va en función del tipo de material, pudiéndose dar el caso que con un chorro a 4000 bares y con abrasivo, se puede cortar fácilmente corcho de dos metros de espesor. Este chorro de agua puede cortar todo tipo de materiales, desde metálicos hasta blandos como un pastel, incluso se utiliza para preparación de superficies como limpiezas de barcos, pintura automovilística o industria aeroespacial. Es un proceso en el cual la generación de partículas contaminantes es mínima, no aporta oxidación superficial y la generación de viruta no es un problema en este caso. La máquina está dotada de una balsa, sobre la que se proyecta el chorro de agua, y la cual sujeta las piezas mediante una reja que mantiene el material en la superficie de trabajo, pero que permite que la mezcla de agua y el material eliminado se deposite dentro de la misma, evitando así que el líquido proyectado caiga fuera de la zona de corte, e incluso que salpique, pudiéndose reciclar el abrasivo para ser reutilizado de nuevo.

Como característica del proceso cabe destacar además, que el proceso de corte no afecta a los materiales porque no los endurece ni deforma, de esta manera es un método que en diversos casos puede ser más útil que el láser o el plasma cuando los trabajos sea imprescindible un buen acabado. Ventajas y desventajas Ventajas: 1. Al no haber herramientas de corte, no existe el problema de desgaste de la misma. 2. Corte de excelente calidad, en la mayoría de casos no se necesita un acabado posterior. 3. Universal, ya que la misma máquina puede cortar una enorme variedad de materiales. 4. Proceso sin exfoliación ni desgarros. 5. Apta para mecanizar perfiles intrincados. 6. Proceso sin aporte de calor. 7. Inexistencia de tensiones residuales debido a que el proceso no genera esfuerzos de corte. 8. No genera contaminación ni gases. 9. El mecanizado lo puede realizar el mismo ingeniero que ha diseñado la pieza, ya que no requiere de trabajo manual bruto, simplemente programar la máquina, ubicar la pieza y recogerla una vez terminada. 10. Reutilización de piezas procedentes de otros trabajos, abaratando de esta manera los costes finales. 11. Si se compara con los sistemas de plasma, oxicorte y láser, al ser estos tres con aporte de calor, y el agua no, el corte por agua permite un trabajo sin afectar a ninguna zona del material sobre el cual trabaja. 12. Si se compara únicamente con el láser, el chorro por agua permite cortar espesores mucho mayores. Desventajas: 1. No existen muchas, pero por destacar alguna se podría decir que el agua en comparación al corte por plasma es más lento. 2. La maquinaria es bastante mas costosa que para el plasma y el oxicorte (el laser también es muy costoso, especialmente para espesores grandes) 3. Requiere de mayor espacio, el plasma ocupa una pequeña fuente y un compresor que puede ser de 100lts (pero con buena potencia), el oxicorte necesita de 2 delgados tubos de gas y el compresor, pero el chorro de agua, así sea una pequeña mesa de 500x500 mm requiere de una gran bomba, una tolva de provision del abrasivo, conexion de agua y de una pileta de agua debajo de la mesa de corte y un enfriador además del depurador y el descalcificador. Es notablemente más cara respecto de insumos y piezas consumibles, además de mayor energía eléctrica (respecto de las otras 3)

4) Corte por plasma En los años 40 se introdujo el primer proceso con protección gaseosa empleando un electrodo no consumible de wolframio y helio como gas protector, recibió el nombre de TIG (Tungsten Inert Gas). En 1954, científicos descubren que al aumentar el flujo del gas y reducir la abertura de la boquilla utilizada en la soldadura TIG, se obtiene un chorro de plasma. Este chorro es capaz de cortar metales, lo que dio lugar al proceso de corte por plasma conocido hoy en día. Fundamentos físico-químicos En la naturaleza podemos encontrar materia en forma sólida, líquida o vapor, el plasma es el cuarto estado de la materia. A muy elevadas temperaturas, los electrones tienen suficiente energía como para escapar de su órbita alrededor del núcleo del átomo, generándose con ello iones de carga positiva. El plasma es el estado en el que se encuentran las estrellas por su elevada temperatura. En la atmósfera terrestre solo podemos conseguir el plasma por medios artificiales. Al calentar un gas a temperaturas del orden de 50.000 ºC los átomos pierden electrones. Estos electrones libres se colocan en los núcleos que han perdido sus propios electrones, convirtiéndose así en iones. De esta forma el gas se convierte en plasma y por consecuencia tendremos un conductor eléctrico gaseoso con alta densidad de energía. Proceso de mecanizado con plasma

Boquilla para la formación de gas ionizado. El fundamento del corte por plasma se basa en elevar la temperatura del material a cortar de una forma muy localizada y por encima de los 20.000 °C, llevando el gas utilizado hasta el cuarto estado de la materia, el plasma, estado

en el que los electrones se disocian del átomo y el gas se ioniza (se vuelve conductor). El procedimiento consiste en provocar un arco eléctrico estrangulado a través de la sección de la boquilla del soplete, sumamente pequeña, lo que concentra extraordinariamente la energía cinética del gas empleado, ionizándolo, y por polaridad adquiere la propiedad de cortar. Resumiendo, el corte por plasma se basa en la acción térmica y mecánica de un chorro de gas calentado por un arco eléctrico de corriente continua establecido entre un electrodo ubicado en la antorcha y la pieza a mecanizar. El chorro de plasma lanzado contra la pieza penetra la totalidad del espesor a cortar, fundiendo y expulsando el material. La ventaja principal de este sistema radica en su reducido riesgo de deformaciones debido a la compactación calorífica de la zona de corte. También es valorable la economía de los gases aplicables, ya que a priori es viable cualquiera, si bien es cierto que no debe de atacar al electrodo ni a la pieza. No es recomendable el uso de la cortadora de plasma en piezas pequeñas debido a que la temperatura es tan elevada que la pieza llega a deformarse. Tipos de corte por plasma Corte por plasma por aire En el año 1963 se introduce el corte por plasma por aire. El oxígeno del aire aumenta las velocidades de corte en un 25 por ciento en relación con el corte tradicional por plasma seco, sin embargo, también conlleva una superficie de corte muy oxidada y una rápida erosión del electrodo que está dentro de la boquilla de corte. Corte con inyección de agua En 1968, Dick Couch, presidente de Hypertherm, inventa el corte con inyección de agua, un proceso que implicaba inyectar radialmente agua en la boquilla. El resultado final fue corte mejor y más rápido, así como con menos escoria. Este proceso también utiliza como gas nitrógeno pero como protector utiliza una capa de agua. Corte con inyección de oxígeno En 1983 se desarrolla una nueva técnica que implica la utilización de oxígeno como gas de corte y la introducción de agua por la punta de la boquilla. Este proceso denominado “corte por plasma con inyección de oxígeno” ayuda a solucionar los problemas del rápido deterioro de los electrodos y la oxidación del metal. Corte con doble flujo Este es el sistema convencional o estándar, de alta velocidad que utiliza como gas-plasma nitrógeno y como gas protector puede emplearse dióxido de carbono o bien oxígeno.

5) Oxicorte El oxicorte es una técnica auxiliar a la soldadura, desarrollada desde 1903 y usada hasta la fecha en innumerables aplicaciones industriales, que se utiliza para la preparación de los bordes de las piezas a soldar cuando son de espesor considerable, y para realizar el corte de chapas, barras de acero al carbono de baja aleación u otros elementos ferrosos. El oxicorte consta de dos etapas: en la primera, el acero se calienta a alta temperatura (900 °C) con la llama producida por el oxígeno y un gas combustible; en la segunda, una corriente de oxígeno corta el metal y elimina los óxidos de hierro producidos. En este proceso se utiliza un gas combustible cualquiera (acetileno, hidrógeno, propano, hulla, tetreno o crileno), cuyo efecto es producir una llama para calentar el material, mientras que como gas comburente siempre ha de utilizarse oxígeno a fin de causar la oxidación necesaria para el proceso de corte. Bien sea en una única cabeza o por separado, todo soplete cortador requiere de dos conductos: uno por el que circule el gas de la llama calefactora (acetileno u otro) y uno para el corte (oxígeno). El soplete de oxicorte calienta el acero con su llama carburante, y a la apertura de la válvula de oxígeno provoca una reacción con el hierro de la zona afectada que lo transforma en óxido férrico (Fe2O3), que se derrite en forma de chispas al ser su temperatura de fusión inferior a la del acero. Características del oxicorte •

Tanques o cilindros con combustible y comburente (el uso de estos dos gases altamente inflamables y de alta presión que requiere normas de seguridad específicas de mantenimiento, transporte y almacenaje)

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Manorreductores (que reducen la presión en los tanques de 150 atmósferas a presiones entre 0.1 a 10 atmósferas),

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Soplete cortador (donde ocurre la mezcla de los gases)

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Válvulas antirretroceso (que permiten el paso del gas en un solo sentido)

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Mangueras (que conducen a los gases desde los tanques hasta el soplete, y pueden ser rígidas o flexibles).

Características de los elementos de un equipo de oxicorte • Oxicorte con cabezales múltiples y control numérico. •

Además de las dos botellas móviles que contienen el combustible y el comburente, los elementos principales que intervienen en el proceso de oxicorte son los manorreductores, el soplete, las válvulas antirretroceso y las mangueras.

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Perico de los manorreductores es desarrollar la transformación de la presión de la botella de gas (150 atm) a la presión de trabajo (de 0,1 a 10 atm) de una forma constante. Están situados entre las botellas y los sopletes.

El soplete es el elemento de la instalación que efectúa la mezcla de gases. Las partes principales del soplete son las dos conexiones con las mangueras, dos llaves de regulación, el inyector, la cámara de mezcla y la boquilla.