Introducción a la tecnología de Corte por Plasma Mecanizado

La técnica del corte por plasma es mejor conocida por su simplicidad y capacidad para cortar prácticamente cualquier metal. Estas cualidades, sumadas a la productividad que ofrece, han transformado el corte por plasma en un recurso universalmente aceptado que goza de un gran número de aplicaciones.

Si bien el proceso de corte por plasma se viene empleando comercialmente desde hace medio siglo, cabe destacar que los mayores logros de ingeniería que han contribuido a mejorar su rendimiento se han producido en los últimos 10-15 años, tendencia que aún continúa en la actualidad.

En artículos anteriores de De Máquinas y Herramientas brindamos detalles acerca del fundamento y equipo básico del corte por plasma, presentamos los tipos de máquinas más usados en esta técnica e incluimos un video del funcionamiento de estas máquinas. En este artículo vamos a profundizar sobre los avances en el corte por plasma mecanizado.

Tecnologías del corte por plasma

La naturaleza flexible del proceso de corte por plasma se presta a muchas aplicaciones y capacidades. Por lo general, los sistemas de corte por plasma pueden clasificarse en tres categorías distintas que mencionamos a continuación.

Corte por Plasma

Plasma con aire: diseñados para el corte manual con antorcha, estos sistemas están disponibles en salidas de nivel de potencia de 12 amperios, con un espesor máximo de corte de 1/8 pulgada y una antorcha manual, hasta 120 amperios. La mayoría de los equipos de corte por plasma con aire emplea la tecnología inversora, lo que los hace portátiles. Muchos se pueden adquirir con una antorcha mecanizada y tienen interfaces eléctricas que les permiten su uso en aplicaciones de corte mecanizadas.

Plasma mecanizado convencional: por lo general, estos sistemas están provistos solamente con antorchas instaladas sobre un dispositivo de movimiento (una mesa de corte con CNC, un robot o una tortuga de corte que circula sobre un riel) y tienen interfaces más complejas para proporcionar un mejor rendimiento cuando se emplean en aplicaciones con máquinas de corte CNC. Los niveles de potencia de estos sistemas van de los 130 amperios hasta un máximo de 1000 amperios.

Diseñados para una alta productividad con tolerancias de nivel medio para el corte de materiales no ferrosos (acero inoxidable y aluminio) de hasta 4 pulgadas de espesor, estos sistemas son muy usados en industrias siderúrgicas, astilleros y maquinaria pesada. Aunque algunos fabricantes de estos sistemas de plasma mecanizado convencional han introducido mejoras, tales como tecnología diseñada para extender la vida útil de los consumibles de oxígeno y sistemas de interfaz sofisticados que pueden comunicarse con el CNC basado en una PC común que se usa en la mayoría de las máquinas cortadoras actuales, estos sistemas todavía mantienen gran similitud con las máquinas de corte industrial convencional usadas durante los últimos 20 años.

Corte por Plasma

En su mayor parte, esta clase de máquina requiere un operador experimentado capaz de atender los múltiples parámetros de configuración requeridos para lograr una calidad constante de corte. Estos sistemas requieren un seguimiento continuo del voltaje del arco, el flujo de gas y la presión, así como muchos otros parámetros que se deben establecer correctamente para producir la mejor calidad de corte, tales como el nivel de potencia, espesor del material y piezas consumibles.

Plasma mecanizado de alta definición: el corte de placa y lámina de alta producción es la categoría que está recibiendo la mayor atención en términos de investigación y desarrollo de procesos. Como resultado, los sistemas de corte por plasma de alta definición han hecho grandes avances en calidad, velocidad, nivel de potencia, costos operativos y, más recientemente, facilidad de uso.

En el corte por plasma mecanizado de alta definición, desarrollado hace unos 20 años, el arco de plasma es forzado a través de un orificio más pequeño de la tobera, aprovechando al máximo las leyes de la física de alta temperatura. Esto produce bordes más limpios y más cuadrados, al tiempo que la vida útil de los consumibles de la antorcha se mantiene en niveles aceptables.

Los primeros sistemas estaban limitados en el amperaje y la capacidad de espesor (70 amperios para un espesor máximo de 3/8 de pulgada en acero) y requerían un operador experto para monitorear y ajustar diversos parámetros que afectan la calidad de corte. Sin embargo, aún en sus etapas iniciales, la tecnología de plasma de alta definición se destacó como uno de los tres o cuatro primeros desarrollos en la historia del corte por plasma.

Los sistemas de plasma mecanizado de alta definición actuales están disponibles en amperajes de 130-800 con una capacidad de corte de espesores de 3 pulgadas en acero al carbono y hasta 4 pulgadas en acero y aluminio. La vida útil de los consumibles y la calidad y consistencia del corte han mejorado sustancialmente en los últimos años, transformando estos sistemas en un método de corte metálico de elección primaria entre los fabricantes láminas metálicas. El bajo costo operativo, las altas velocidades de corte y el mejoramiento de la calidad son los resultados de la ingeniería de alto nivel aplicada y han aumentado considerablemente la demanda.

En el video que sigue veremos algunas aplicaciones del corte por plasma mecanizado de alta definición.

Actualizaciones tecnológicas

Aunque la investigación y el desarrollo prosiguen hoy en día, muchos de los recientes avances en la calidad de corte, duración de los consumibles, productividad y facilidad de uso se basan en lo que solía considerarse como «sistemas externos» en el proceso de corte por plasma mecanizado.

Si bien siempre se ha sabido que el movimiento de la máquina (precisión, aceleración y uniformidad), control de altura de la antorcha (altura de perforación, altura de corte, prevención de colisiones y tiempos de ciclo) y el software CAM (postprocesamiento para el ancho de corte, configuración de puntos de entrada y salida, y anidación) cumplen funciones importantes que afectan las operaciones de corte mecanizado en términos de exactitud de corte, costo operativo y rendimiento, los parámetros asociados a cada uno de estos sistemas externos siempre fueron controlados por el programador y el operador de la máquina. Una operación de corte con un programador experto y un operador experimentado podría producir mayor calidad que una operación con personal menos atento o con menos experiencia.

Partiendo del conocimiento de que un mayor control de los parámetros operativos críticos que afectan todos los niveles de desempeño en un sistema de plasma de alta definición podría mejorar aún más los procesos de corte en una planta de producción, los ingenieros de sistemas iniciaron su trabajo. Los fabricantes de estos sistemas aunaron esfuerzos con los proveedores de las máquinas CNC, controles de altura de la antorcha y el software CAD (comúnmente llamado software de anidamiento). Después de unos años de trabajo de desarrollo, las máquinas de corte de plasma de alta definición de hoy en día emplean el conjunto completo de componentes de máquinas de corte CNC para automatizar completamente y coordinar las funciones que afectan la calidad de corte.

Actualmente, estos sistemas de plasma pueden aceptar las mismas entradas de archivos de dibujo en formato AutoCAD que utilizan las máquinas más antiguas y, además, incorporar nuevo software CAM para analizar las características de los dibujos de las piezas, tales como orificios, características externas, forma, tipo de material y espesor. Luego, este análisis se emplea para anidar las piezas, insertar los mejores puntos de entrada y salida, velocidad de corte, el amperaje y gases, y establecer todos los parámetros de corte que antes eran controladas por el operador de la máquina.

El resultado son piezas de alta calidad obtenidas mediante el corte por plasma, con las siguientes características:

• Orificios perfectamente redondos y libres de conicidad, tal como vemos, por ejemplo, en el siguiente video comparativo:

• Calidad constante y repetitiva del corte.
• Menos tiempo de inactividad debido a la tecnología para evitar colisiones en la placa.
• Menos residuos de corte debido a que existe menos o ningún error de configuración por parte del operador o programador.
• Tiempos de ciclo más rápidos entre corte y corte.
• Costo operativo muy apropiado (en espesores entre 3 y 38 mm es menor al oxicorte y al láser).
• Gran versatilidad, ya que el mismo equipo puede cortar diversos espesores.
• Posibilidad de realizar formas complejas con alto nivel de repetitividad.
• Prescindencia del uso de guillotinas, prensas y otros elementos mecánicos.

Los avances con tecnología CNC emplean controles de operador con pantalla táctil basada en Windows que son fáciles de usar, lo que reduce la curva de aprendizaje de un operador novato.

En el próximo artículo presentaremos una comparación entre las tecnologías disponibles para el corte térmico de chapas, destacando las características principales de cada una y su relación entre calidad, productividad y costo operativo.