Este artículo explora cómo un fabricante, Stiefelmayer-Lasertechnik (Denkendorf, Alemania), ha abordado estos problemas para optimizar el corte de acero eléctrico fino.
El acero eléctrico es un material delgado (típicamente de 0,1 a 1 mm), laminado, que se forma y luego se apila para fabricar los estatores y rotores de los motores y generadores eléctricos, y los núcleos de los transformadores. No es raro que estas pilas estén formadas por varios cientos de capas individuales, cada una de las cuales está recubierta con un laminado externo no conductor.
Normalmente, estas piezas se sellan en grandes cantidades. El estampado logra una alta repetibilidad, pero una precisión absoluta limitada. La repetibilidad es importante porque proporciona una superficie de borde suave cuando se apilan grandes cantidades de estas piezas. Además, el estampado no produce rebabas en los bordes que evitarían que las piezas entren en contacto completo cuando se apilan. El pulido para eliminar las rebabas no es deseable, ya que podría eliminar la laminación exterior del material. Finalmente, el estampado no calienta la pieza. El calentamiento del acero eléctrico también puede eliminar su laminación exterior o afectar las características magnéticas del material a granel, que son efectos indeseables.
La principal limitación del estampado es que requiere costosas herramientas fijas. Esto es aceptable en la producción en volumen, pero puede presentar un problema durante la creación de prototipos o para tiradas de producción de baja cantidad.
El corte por láser de fibra ofrece una alternativa al estampado que evita el costo de las herramientas y generalmente proporciona las velocidades necesarias para que sea una opción rentable para pequeñas cantidades. Sin embargo, la mayoría de los cortadores láser de fibra tienen limitaciones que les impiden ser una opción viable para cortar acero eléctrico delgado.
Primero, la mayoría de las máquinas de corte por láser comerciales tienen desviaciones de tolerancia relativamente grandes y no constantes en su área de trabajo. Por lo tanto, una pieza cortada en la parte delantera derecha de una hoja grande de material puede verse diferente a una pieza cortada en la parte trasera izquierda. Esto crea problemas dimensionales cuando estas piezas se apilan posteriormente.
Las otras limitaciones del corte por láser de fibra son que puede evaporar la laminación de la superficie de la pieza, producir escoria de borde y crear una zona afectada por el calor (ZAT) en el material a granel donde se han alterado sus propiedades magnéticas. . Estos problemas tienden a empeorar con una mayor potencia de corte. Sin embargo, como se mencionó al principio, la velocidad y la potencia del láser a menudo van de la mano en las máquinas láser tradicionales.
Stiefelmayer-Lasertechnik construye máquinas herramienta láser y realiza fabricación personalizada, con énfasis en cortar láminas de metal delgadas con tolerancias estrictas. Sus cortadoras láser de la serie Effective están optimizadas específicamente para producir cortes de alta precisión con alto rendimiento; su filosofía de diseño favorece la delicadeza sobre la fuerza bruta. El director ejecutivo de la empresa, Dieter Bulling, explica este enfoque con una analogía con las carreras. “Hemos puesto a punto nuestra máquina para el estrecho recorrido de la ciudad de Mónaco, no para el enorme óvalo de Indianápolis. Nuestro objetivo de diseño era lograr la mayor velocidad promedio posible en todas las curvas cerradas, en lugar de la máxima velocidad máxima en las rectas. Para el tipo de piezas que producimos normalmente, esto produce un mayor rendimiento. "
Hay dos aspectos generales que permiten este desempeño en cortadoras eficientes: mecánica superior y sincronización láser precisa con estas mecánicas. Stiefelmayer-Lasertechnik utiliza motores lineales de accionamiento directo para proporcionar el movimiento xey del cabezal de corte. Esto elimina el juego asociado con los engranajes de cremallera utilizados en otros sistemas. Además, el puente que soporta el cabezal de entrega de la viga está construido con fibra de carbono, en lugar de metal, para minimizar su inercia sin sacrificar la rigidez. Este puente liviano permite que la máquina logre un alto 'tirón' (es decir, la tasa de cambio de aceleración). Dieter Bulling aclara la importancia de esto: “Ninguna máquina puede alcanzar instantáneamente una aceleración de 4 o 6 g desde una parada, lo cual es físicamente imposible. Por lo tanto, la clave para una alta productividad con contornos estrechos es la rapidez con la que la máquina alcanza la aceleración deseada. "
Bulling agrega que un alto grado de sincronización entre la salida del láser y el movimiento del pórtico es igualmente esencial para la precisión y el rendimiento de la máquina. Todas las esquinas se cortan con un radio pequeño, ya que esto elimina la necesidad de detener completamente la viga en el vértice. Este radio de esquina puede ser de 40 µm en las máquinas Stiefelmayer Effective o de hasta 0,2 mm. Bulling explica: “Hay dos razones por las que podemos lograr un radio de borde tan pequeño. Uno es la alta dinámica de movimiento de la máquina, el otro es la alta sincronización de la salida del láser con el movimiento del pórtico. Específicamente, a medida que el rayo se ralentiza, la potencia del láser debe disminuir para mantener constante la potencia total entregada en un punto dado. Resolvemos esto ejecutando el láser continuamente (CW) en cortes rectos, pero luego usando una salida de pulso especial en las esquinas. Por lo tanto, el láser debe poder cambiar rápidamente entre los diferentes modos de funcionamiento. En el momento en que diseñamos originalmente el Efficient, Coherent Rofin tenía el único láser de fibra en nuestro rango de potencia objetivo de 2 a 3 kW que ofrecía esta funcionalidad crítica. Además, su láser de fibra utilizaba el mismo software de control que sus láseres de CO2, que ya habíamos estado usando en otros productos, lo que minimizó nuestro tiempo de desarrollo. "
En los cortadores eficientes de la compañía, el haz de salida de alta calidad de un láser de fibra Coherent Rofin HighLight FL se enfoca en un punto de 60-65 µm en la pieza de trabajo, que es aproximadamente la mitad del diámetro de punto típico para máquinas de este tamaño. Este tamaño de punta es necesario para producir los tamaños de características pequeños requeridos en muchas de sus aplicaciones de corte. Además, para el corte eléctrico de acero, en particular, esta combinación de tamaño de haz y potencia minimiza la zona de peligro. También reduce la cantidad de material fundido (reducir el diámetro del haz en 2X disminuye la cantidad de material fundido en 4X), que se expulsa del sustrato con gas, para obtener un borde libre de escoria.
Bulling resume: “El mercado del corte por láser se está llenando de competidores. Las máquinas de alto costo suelen enfatizar la potencia del láser. Pero, por ejemplo, pasar de 6 a 12 kW no reduce significativamente el tiempo de corte por pieza. Podría lograr más si cambiara a un sistema de carga / descarga de piezas más rápido. Por el contrario, las máquinas láser de bajo precio no tienen mecánica de alta precisión; pueden especificar la repetibilidad de la máquina (aunque normalmente sólo en un eje), pero no explican cómo se traduce eso en la precisión de la pieza acabada. La discusión tendrá cada vez más fuerza, para poder cortar material más grueso. El material grueso necesita menos precisión, el material delgado requiere más precisión. Estos son requisitos completamente diferentes para las máquinas. Gracias a una mejor mecánica y una mejor sincronización del láser, distinguimos a Effective por ofrecer una combinación única de precisión, alto rendimiento general y repetibilidad de piezas garantizada (especificamos que Effective puede cortar orificios de 30 mm de diámetro en toda su cama de 1,25x2). , 5 m con una repetibilidad de ± 25 µm). Para cortar metales delgados, creemos que esta es la dirección correcta para el futuro. "
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