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Explorando 4 tecnologias-chave de corte CNC

Última atualização:
10 de junho de 2024
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Índice

O desenvolvimento da tecnologia de corte CNC tem sido rápido nos últimos anos. Com a sua flexibilidade e composição de processos, está a substituir os métodos de perfuração de moldes e ocupa uma posição muito significativa no processamento de peças estampadas para carruagens de passageiros.

Os tipos mais utilizados incluem o corte a laser CNC, o corte a plasma CNC, o corte a chama CNC e o corte a jato de água de alta pressão CNC. Os materiais cortados incluem chapas de aço carbono, chapas de aço inoxidável e chapas de liga de alumínio.

Tecnologia de corte a laser CNC

Corte a laser é um método de processamento avançado que utiliza um feixe de laser de alta energia para cortar materiais termicamente. Pode cortar vários metais e chapas não metálicas e é amplamente utilizado no fabrico de carruagens de passageiros. A Figura 3-47 mostra uma imagem de uma chapa metálica cortada a laser.

A Figura 3-47 mostra uma imagem de uma chapa metálica cortada a laser.

(1) Princípio do corte a laser

O corte a laser envolve a irradiação da peça de trabalho com um feixe de laser de alta energia, fazendo com que esta derreta rapidamente, vaporize, ablacione ou atinja o seu ponto de ignição. Ao mesmo tempo, o material fundido é soprado por um fluxo de ar de alta velocidade coaxial com o feixe, cortando a peça de trabalho. O corte a laser é um dos métodos de corte térmico.

(2) Características do corte a laser

1) O corte é estreito, variando de 0,15 a 0,4 mm (dependendo da espessura da placa), e é vertical à superfície.

A superfície de corte é lisa e bonita, a zona afetada pelo calor é pequena, a deformação da peça de trabalho é pequena, a precisão de corte é elevada e a precisão dimensional das peças cortadas pode atingir ±0,05 mm, possibilitando uma elevada utilização do material.

2) Geralmente equipada com uma mesa de trabalho intercambiável, é possível efetuar um corte contínuo durante o processo de corte. O velocidade de corte é rápido, atingindo até 70m/min. É um processo de corte sem contacto, pode cortar peças de diferentes formas e produz pouco ruído e pouca poluição durante o processo.

3) A qualidade do corte de material de folha fina é boa, a velocidade é rápida, mas à medida que a espessura da folha aumenta, a velocidade de corte diminui significativamente, e a qualidade da secção de corte também diminui.

(3) Aplicação do corte por laser no domínio dos veículos ferroviários de passageiros

No fabrico de veículos ferroviários de passageiros, a tecnologia de corte a laser é utilizada principalmente para o corte em branco de chapas de aço-carbono com uma espessura inferior a 16 mm e de chapas de aço inoxidável com uma espessura inferior a 12 mm. Entre todas as tecnologias de corte, é a que apresenta a maior eficiência e a melhor precisão.

Tecnologia de corte por arco de plasma CNC

O corte por arco de plasma utiliza um arco de plasma de alta energia e um fluxo de plasma de alta velocidade para soprar o metal fundido para longe do corte, formando um corte contínuo. Com a sua velocidade de corte rápida e deformação mínima da peça de trabalho, o corte por arco de plasma é adequado para cortar uma variedade de materiais metálicos.

(1) Métodos comuns de corte por arco de plasma

Existem dois métodos principais: o corte por arco de plasma de ar e o corte por arco de plasma de precisão.

1) Corte por arco de plasma a ar: Trata-se de uma técnica manual de corte por arco de plasma, utilizada principalmente para processos intermédios em estampagens de aço-carbono, aço inoxidável e ligas de alumínio, tais como corte de furos, corte de ranhuras, corte de arestas, corte de cabeças e corte de costuras.

2) Corte por arco de plasma de precisão: Esta é uma técnica de corte CNC que pode cortar materiais como o aço carbono e o aço inoxidável com uma espessura inferior a 30 mm.

(2) Processo de corte por arco de plasma de precisão

Este processo é adequado para todos os metais e alguns materiais não metálicos. É um método eficaz para corte de aço inoxidávelalumínio e ligas de alumínio, cobre e ligas de cobre, e outros metais não ferrosos. A espessura máxima de corte pode atingir 180-200mm.

Atualmente, na produção de automóveis de passageiros, é utilizado para cortar aço-carbono com uma espessura de 5-25 mm e aço inoxidável com uma espessura de 4-20 mm.

(3) Parâmetros do processo de corte por arco de plasma

Estes incluem a corrente de corte, a tensão de corte, a velocidade de corte, o fluxo de gás e a altura do bocal em relação à peça de trabalho.

1) A corrente e a tensão de corte determinam a potência do arco de plasma. À medida que a potência do arco de plasma aumenta, tanto a velocidade de corte como a espessura de corte podem aumentar de forma correspondente.

A corrente de corte é normalmente selecionada com base na espessura da chapa e na velocidade de corte. Uma corrente de corte demasiado elevada pode facilmente queimar o elétrodo e o bocal, produzindo um arco duplo e formando um corte em forma de V.

2) Uma tensão de corte mais elevada é benéfica para o corte de chapas grossas, e o efeito de corte é melhor. Embora o aumento da corrente possa aumentar a espessura e a velocidade de corte, o simples aumento da corrente fará com que a coluna do arco fique mais espessa, alargando o corte.

3) A velocidade de corte é um indicador importante da produtividade do corte e tem um impacto significativo na qualidade do corte. A velocidade de corte adequada é crucial para uma superfície de corte plana. A velocidade de corte depende da espessura do material, da corrente de corte, dos tipos e do fluxo de gás, da estrutura do bocal, etc. Com a mesma potência, o aumento da velocidade de corte fará com que o corte fique inclinado.

4) O fluxo de gás deve corresponder à abertura do bocal. O aumento adequado do fluxo de gás pode reforçar o efeito de compressão térmica do arco, tornando o arco de plasma mais concentrado. A tensão de corte aumentará em conformidade, beneficiando a melhoria da capacidade e qualidade de corte.

5) A altura do bocal em relação à peça de trabalho é geralmente de 6-8mm. No caso dos arcos de plasma de ar e de plasma de água comprimida, a altura do bocal em relação à peça de trabalho pode ser ligeiramente inferior a 6-8 mm.

Quando a distância de corte aumenta, o comprimento da coluna de arco de plasma exposta no espaço aumenta, levando a uma diminuição do calor efetivo e a uma maior probabilidade de um arco duplo. Se a distância for demasiado pequena, o bocal pode facilmente entrar em curto-circuito com a peça de trabalho e queimar, interrompendo o processo de corte normal.

As tabelas 3-64 e 3-65 fornecem os parâmetros para o corte de aço de baixo carbono e aço inoxidável com o corte por arco plasma de precisão HiFoucs100, respetivamente.

(4) Qualidade do corte por arco de plasma

A qualidade do corte é avaliada principalmente com base na largura do corte, perpendicularidade do corte, corte rugosidade da superfícieprofundidade de estriamento, escória inferior do corte, dureza e largura da zona afetada pelo calor do corte.

As normas para um bom corte são uma largura estreita, uma secção transversal retangular, uma superfície lisa sem escórias ou escórias suspensas e uma dureza de superfície que não dificulte o processamento mecânico após o corte.

Tabela 3-64: Parâmetros de corte por arco plasma fino HiFoucs100 para aço com baixo teor de carbono

Espessura da placa/mmAtual/AModelo do bocalDiâmetro/mmGás de corte (ar/bar)Gás de corte (O2/bar)Gás de turbilhão (O2/bar)Gás em turbilhão (N2/bar)Atraso/s de perfuraçãoEspaçamento da tocha/mmAltura de ignição/mmTensão de arco/VVelocidade de corte/(m/min)Largura do perfil/mm
2120Z211236/206/60 6/106/700.12411671.9
3130Z211436/206/60 6/106/700.12411161.8
680Z211236/406/70 6/106/700.12.541281.61.8
6115Z211446/406/70 6/106/700.12.541192.52
8130Z211446/406/70 6/206/700.1351252.45 – 2.72.2
10130Z211446/406/70 6/106/750.3351272.2 – 2.42.4
12130Z211446/406/70 6/106/750.4351281.8 – 22.5
16130Z211446/406/75 6/106/750.4351321.42.7
18130Z211446/406/60 6/206/850.5351360.8 – 1.22.8
20130Z211446/406/80 6/206/850.6461380.7 – 1.13
25130Z211446/406/80 6/206/850.7461400.7 – 0.83.4

Tabela 3-65: Parâmetros de corte por arco plasma fino HiFoucs100 para aço inoxidável

Espessura da placa/mmAtual/AModelo do bocalDiâmetro/mmGás de corte Ar/barGás de corte O2/barraGás de turbilhão O2/barraGás de turbilhão N2/barraAtraso de perfuração/sEspaçamento da tocha/mmAltura de ignição/mmTensão de arco/VVelocidade de corte/(m/min)Largura do perfil/mm
130Z20072 6/106/456/1006/10002.531194.50.9
245Z20082 6/106/406/1006/600.1231253.21.1
345Z20082 5/105/405/705/550.1231152.41.1
450Z20082 5/105/455/755/600.123.211621.3
550Z20082 5/105/455/805/600.123.21161.81.3
650Z20082 5/105/455/905/500.2341171.51.5

Tecnologia de corte por chama CNC

(1) Princípio do corte por chama

O corte por chama refere-se a um processo de corte térmico que utiliza o calor de uma chama de gás combustível e oxigénio juntamente com oxigénio de corte. O calor emitido pela chama faz com que o oxigénio de corte queime continuamente, derretendo o metal.

O metal fundido e os óxidos produzidos são soprados pela energia cinética gerada pela chama de oxigénio de corte, formando um corte.

(2) Tipos de corte por chama

Os principais tipos incluem o corte manual, o corte semi-automático e o corte por chama CNC.

(3) Aplicação do corte por chama

Utilizado principalmente para cortar chapas de aço-carbono, não é adequado para cortar chapas de aço inoxidável. O corte manual é utilizado para o pós-corte de perfis e peças moldadas, e para o corte de formas simples e peças de trabalho com baixos requisitos de qualidade.

O corte semi-automático é utilizado para cortar peças pequenas rectangulares de chapa grossa. O corte por chama CNC é aplicável ao corte de peças com formas complexas.

(4) Parâmetros do processo de corte por chama

Estes incluem a potência da chama de pré-aquecimento, a pressão do oxigénio, a velocidade de corte, a distância entre o bico e a peça de trabalho e o ângulo de corte.

1) A potência da chama de pré-aquecimento é um parâmetro crítico do processo que afecta a qualidade do corte por chama.

Geralmente, uma chama neutra ou uma chama ligeiramente oxidante deve ser escolhida para o corte, e a intensidade da chama deve ser moderada. A chama de pré-aquecimento deve ser selecionada com base na espessura da peça de trabalho, no tipo de bocal de corte e nos requisitos de qualidade da peça de trabalho.

A potência da chama de pré-aquecimento deve aumentar com a espessura da chapa. A relação entre a potência da chama de pré-aquecimento do oxi-acetileno e a espessura da chapa de corte é mostrada na Tabela 3-66.

Tabela 3-66: Relação entre a potência da chama de pré-aquecimento do oxi-acetileno e a espessura da chapa de corte

Espessura da placa/mm3~2525~5050~100100~200200~300
Potência da chama (consumo de acetileno) L/min-14~8.39.2~12.512.5~16.716.7~2020~21.7

2) A pressão do oxigénio de corte depende do tipo de bocal de corte e do seu tamanho, e a pressão do oxigénio pode ser escolhida com base na espessura da peça de trabalho. Os valores recomendados são apresentados na Tabela 3-67.

Se a pressão do oxigénio de corte for demasiado elevada, o corte será largo e rugoso; se a pressão for demasiado baixa, o processo de corte será lento e poderá provocar a aderência de escórias.

No corte real, a pressão de oxigénio de corte ideal pode ser determinada utilizando o método de libertação da linha de vento. Quando a linha de vento é a mais clara e mais longa, é o valor adequado, obtendo-se o melhor efeito de corte.

Tabela 3-67: Valores recomendados para a pressão de oxigénio de corte

Espessura da peça de trabalho/mm3~1212~3030~5050~100100~150150~200200~300
Pressão de oxigénio de corte/MPa0.4~0.50.5~0.60.5~0.70.6~0.80.8~1.21.0~1.41.0~1.4

3) A velocidade de corte está relacionada com a espessura da peça e a forma do bico de corte, diminuindo geralmente à medida que a espessura da peça aumenta. A velocidade de corte deve ser adaptada à velocidade de oxidação do metal cortado. Se a velocidade for demasiado lenta, a borda superior do corte derreterá, e se for demasiado rápida, haverá um atraso excessivo, ou pode mesmo não conseguir cortar.

Na operação de corte, a velocidade de corte pode ser controlada observando a direção em que as faíscas de escória fundida caem no corte. Quando as faíscas são descarregadas verticalmente ou ligeiramente para a frente, é a velocidade normal. A tabela 3-68 é a tabela de parâmetros para a velocidade de corte com chama oxi-acetilénica CNC.

Tabela 3-68: Tabela de Parâmetros de Velocidade de Corte por Chama Oxi-Acetilénica CNC

Material Espessura /mm18~2530~5060~8090~100100~150160~200
Velocidade de corte /mm/min440~350300~250240~180160~120110~8080~50

4) A distância entre o bocal e a peça de trabalho é determinada pela espessura da peça de trabalho e pelo comprimento da chama de pré-aquecimento.

Se a distância for demasiado pequena, pode ocorrer fusão e carbonização na extremidade superior do corte, e o bico pode ficar facilmente bloqueado por salpicos, levando mesmo a um contra-fogo.

Se a distância for demasiado grande, o efeito de aquecimento na aresta frontal do corte enfraquece, levando a um pré-aquecimento insuficiente e a uma diminuição da capacidade de fluxo do oxigénio de corte, dificultando a remoção das escórias e afectando a qualidade do corte.

Simultaneamente, a pureza do oxigénio que entra no corte diminui, levando a um aumento do arrastamento e da largura do corte. O núcleo da chama de pré-aquecimento deve estar tipicamente a 2-4 mm da superfície da peça de trabalho. A tabela recomendada de distâncias entre o bocal e a superfície da peça de trabalho pode ser encontrada na Tabela 3-69.

Tabela 3-69: Distâncias recomendadas entre o bocal e a superfície da peça de trabalho

Material Espessura /mm3~1010~2525~5050~100100~200200~300>300
Distância entre o bocal e a peça de trabalho /mm2~33~43~54~65~87~108~12

5) O ângulo de inclinação do corte afecta diretamente a velocidade de corte e a quantidade de arrasto.

6) Os parâmetros para o corte por chama oxi-acetilénica CNC encontram-se no Quadro 3-70.

Tabela 3-70: Tabela de Parâmetros de Corte por Chama Oxi-Acetilénica CNC

Material Espessura /mmModelo do bocalPressão do acetileno /MPaPressão de oxigénio /MPaVelocidade de corte /mm/min
18~25II14440~350
30~50III1.15300~250
60~80IV1.2 6240~180
90~100V1.37160~120
100~150VI1.48110~80
160~200VII1.4 1080~50

(5) Programação do corte por chama CNC

Para garantir a precisão da secção transversal cortada por corte por chama CNC e para evitar defeitos de corte, ter em conta os seguintes pontos durante a programação:

1) O ponto de início do arco deve ser definido na superfície de corte que será objeto de processamento subsequente.

2) Durante a programação, tratar especialmente a intersecção dos pontos de início e fim do arco, deixando uma protuberância no processo. Esta protuberância pode ser removida através do processamento subsequente ou da retificação após o corte.

3) Durante a programação, os cantos vivos devem ser transformados em arcos para evitar defeitos de corte.

4) Utilizar um único corte para completar o corte de duas peças ao mesmo tempo, conhecido como corte de arestas partilhadas, para melhorar a eficiência da produção e a utilização do material.

5) Para o corte de chapas grossas, utilize o corte ininterrupto desde o início do arco até à conclusão de um processo de corte. Inicie o arco a partir da extremidade do material, utilizando um arranque tipo trinco para evitar a deformação do corte.

(6) Processo de tratamento das escórias de corte por chama

As técnicas de processamento subsequentes para o corte por chama oxi-acetilénica de barramentos peças de estampagem incluem a limpeza manual, a trituração manual, a granalhagem e a limpeza mecânica do tambor.

(7) Dispositivo de corte por chama CNC

O corte por chama CNC requer a colocação do material numa grelha. Dependendo da espessura do material que está a ser cortado, a forma da grelha pode variar. As grelhas de contacto pontual podem reduzir significativamente os defeitos de corte, melhorando a precisão da secção transversal cortada e a qualidade do produto.

Tecnologia de corte por jato de água de alta pressão

O corte por jato de água de alta pressão é um novo método de corte que pode cortar vários metais e não metais. O processo de corte não produz uma zona afetada pelo calor, o material nas arestas de corte não se altera e a precisão de corte é elevada, tornando-o adequado para o processamento de peças com requisitos de elevada precisão.

(1) Princípio do corte por jato de água a alta pressão

Isto envolve pressurizar a água a uma pressão ultra-alta (100~400MPa) e depois dispará-la através de um orifício de estrangulamento (0,15~0,4mm). A energia potencial da pressão da água é convertida em energia cinética do jato de água (a velocidade do fluxo pode atingir 900m/s), e a erosão do fluxo concentrado a alta velocidade é utilizada para o corte.

(2) Tipos de corte por jato de água a alta pressão

Existem dois tipos de corte por jato de água a alta pressão: o tipo de água pura e o tipo abrasivo.

1) O corte por jato de água de alta pressão do tipo água pura utiliza apenas o jato de água de alta velocidade disparado pelo bocal para cortar. A capacidade de corte é relativamente baixa e é adequada para cortar materiais macios não metálicos. A pressão da água utilizada é entre 200 ~ 400MPa.

2) O corte por jato de água de alta pressão do tipo abrasivo envolve a mistura de partículas abrasivas no jato de água através de um tubo de mistura para formar um jato de água abrasivo para corte. No jato de água abrasivo, o jato de água actua como um transportador para acelerar as partículas abrasivas.

Como os abrasivos são grandes em massa e de elevada dureza, a energia cinética do jato de água abrasivo é grande, resultando em fortes capacidades de corte.

(3) Características do corte por jato de água a alta pressão

1) Ampla gama de corte. Pode cortar quase todos os metais e não metais, especialmente materiais que são difíceis ou impossíveis de cortar com vários métodos de corte térmico.

2) Sem efeitos térmicos. Devido ao efeito de arrefecimento da água, a peça cortada não produz deformação térmica ou uma zona afetada pelo calor, e as suas propriedades materiais não se alteram. É especialmente adequado para cortar materiais sensíveis ao calor, como ligas de aço e metais não ferrosos.

3) Alta qualidade de corte. A superfície de corte não tem rebarbas ou escórias, é vertical, plana, lisa e não apresenta fenómenos de rasgamento ou endurecimento. Não há ondulação ao cortar chapas metálicas finas.

4) Largura de corte estreita. Durante o corte com água pura, o diâmetro do jato de água situa-se normalmente entre 0,1 e 0,5 mm, e a abertura do bocal do tipo abrasivo é de cerca de 1,2 a 2,5 mm, o que é benéfico para melhorar a utilização do material ao cortar peças aninhadas.

5) O corte pode começar ou parar em qualquer ponto da peça de trabalho, e é relativamente fácil iniciar um furo de corte. A folga de corte é pequena, a cabeça de corte é fácil de ser manipulada por um robot e pode ser utilizada para cortar peças com formas 3D.

6) Não produz gases tóxicos, poeiras, etc., que são prejudiciais à saúde humana, e é especialmente adequado para o processamento de amianto, materiais têxteis e vários materiais de fibra sintética.

Em áreas onde as chamas abertas são estritamente proibidas, como plataformas de perfuração e extração de petróleo offshore, refinarias, grandes áreas de tanques de armazenamento de petróleo e gás e oleodutos e gasodutos, é possível efetuar um corte seguro.

7) Uma desvantagem do corte por jato de água de alta pressão é que o custo do equipamento é superior ao de outras formas de corte; a velocidade de corte é inferior ao cortar materiais duros; a precisão de corte é ligeiramente pior em comparação com o processamento mecânico; em algumas situações de corte, as águas residuais têm de ser tratadas; o custo de corte do tipo de abrasivo é mais elevado.

(4) Nível de qualidade do corte por jato de água de alta pressão

Quadro3-71 Nível de qualidade do corte por jato de água de alta pressão

ParâmetrosNível de qualidadeObservações
Largura de corte /mm0.8~2Depende do diâmetro do bocal de água e do tubo de mistura de abrasivo
Diferença na largura de corte superior e inferior /mm0.2~2Os parâmetros de corte optimizados permitem obter cortes paralelos em ambos os lados
Rugosidade da superfície da face de corte /μm20Os materiais com uma estrutura cristalina irregular, como a pedra, têm uma maior rugosidade superficial
Precisão dimensional /mm±0.5
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