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Qual è il modo migliore di tagliare una piastra d’acciaio

13 September 2013

Ossitaglio, plasma, laser o getto d'acqua

Esistono molti modi per tagliare una piastra di acciaio dolce, alcuni dei quali sono adatti per l'automazione mentre altri no. Alcuni sono adatti per le piastre più sottili, altri per quelle più spesse. Alcuni sono rapidi, altri lenti. Alcuni hanno un costo contenuto, altri sono costosi. E alcuni sono precisi, mentre altri no. Questo articolo effettua una rapida panoramica sui quattro metodi principali utilizzati sulle macchine per il taglio in forma CNC, confronta i punti di forza e i punti deboli di ogni processo e poi indica alcuni criteri da seguire per decidere qual è il processo migliore per la vostra applicazione.

Ossitaglio
Il taglio con torcia per ossitaglio o taglio a cannello è di gran lunga il più vecchio processo di taglio che può essere utilizzato sull'acciaio dolce. Generalmente viene considerato come un processo semplice e l'attrezzatura e i materiali soggetti a consumo sono relativamente poco costosi. Una torcia per ossitaglio può tagliare una piastra molto spessa, limitata principalmente dalla quantità di ossigeno che può essere fornita. Non è raro sentire di tagli attraverso 91 cm (36 pollici) o anche 122 cm (48 pollici) di acciaio con una torcia per ossitaglio. Tuttavia, quando si tratta di taglio in forma da una piastra in acciaio, la maggior parte del lavoro viene effettuato su piastre di 30 cm (12 pollici) o più sottili.

Quando regolata in modo idoneo, una torcia per ossitaglio fornisce una superficie liscia e squadrata. Sono presenti poche scorie sul bordo inferiore e il bordo superiore risulta solo leggermente arrotondato dalle fiamme di preriscaldamento. Questa superficie è ideale per molte applicazioni senza ulteriore trattamento.

L'ossitaglio è ideale per le piastre più spesse di 2,5 cm (1 pollice), ma può essere utilizzato fino a piastre con spessore di circa 0,6 cm (1/4 di pollice), con qualche difficoltà. Si tratta di un processo relativamente lento, completando circa 51 cm (20 pollici) al minuto su materiale di 2,5 cm (1 pollice). Un altro aspetto estremamente positivo dell'ossitaglio è la possibilità di tagliare facilmente con più torce alla volta, moltiplicando la vostra produttività.

Taglio al plasma
Il taglio con arco al plasma è un ottimo processo per il taglio di piastre di acciaio dolce che offre velocità molto superiori all'ossitaglio ma compromette un po' la qualità dei bordi. È qui che il plasma diventa problematico. La qualità dei bordi ha un punto debole che, a seconda della corrente di taglio, generalmente spazia da circa 0,6 cm (1/4 di pollice) a 3,8 cm (1,5 pollici). La quadratura globale dei bordi inizia a soffrire quando la piastra diventa molto sottile o molto spessa (al di fuori dell'intervallo appena menzionato), anche se l'uniformità dei bordi e la formazione di scorie possono comunque essere piuttosto buone.

L'attrezzatura al plasma può essere costosa in confronto a una torcia per ossitaglio, dal momento che un sistema completo richiede alimentazione elettrica, refrigeratore dell'acqua (sui sistemi oltre circa 100 Amp), controllo del gas, cavi della torcia, tubi e cavi interconnessi e la torcia stessa. Ma la maggiore produttività del plasma rispetto all'ossitaglio ripagherà il costo dell'impianto in pochissimo tempo.

Potete tagliare al plasma con più torce alla volta ma il fattore del costo aggiuntivo solitamente limita questa possibilità a due torce. Tuttavia alcuni clienti optano addirittura per tre o quattro sistemi al plasma su una macchina, ma si tratta solitamente di produttori di alto livello che tagliano un elevato volume degli stessi componenti a supporto di una linea di produzione.

Taglio al laser
Il processo di taglio al laser è adatto al taglio di acciaio dolce con uno spessore fino a circa 3,2 cm (1,25 pollici). Oltre alla barriera di 2,5 cm (1 pollice), tutto deve essere perfetto per un funzionamento affidabile, compresi materiale (qualità di acciaio idonea al laser), purezza del gas, condizioni dell'ugello e qualità del raggio.

Quello al laser non è un processo molto rapido, dal momento che sull'acciaio dolce si tratta praticamente solo di un processo di bruciatura che sfrutta il calore estremo di un raggio laser mirato, anziché una fiamma di preriscaldamento. Pertanto, la velocità è limitata dalla velocità della reazione chimica tra ferro e ossigeno. Tuttavia quello al laser è un processo molto preciso. Crea un solco molto stretto e, pertanto, può tagliare contorni e piccoli fori in modo molto preciso e accurato. La qualità dei bordi è solitamente eccellente, con dentellature e solchi estremamente piccoli, bordi molto squadrati e poche o nessuna scoria.

L'altro elemento davvero positivo del processo al laser è l'affidabilità. La durata dei materiali soggetti a consumo è molto lunga e l'automazione della macchina è davvero buona, pertanto molte operazioni di taglio al laser possono essere effettuate "a occhi chiusi". Immaginate di caricare una piastra di 3 m x 12 m (10' x 40') di acciaio da 1,3 cm (1/2") sul tavolo, premere il pulsante "Start" e poi tornarvene a casa a godervi la serata. Quando tornate il mattino dopo, potreste avere centinaia di componenti tagliati e pronti da scaricare.

A causa della complessità delle prestazioni del raggio, i laser a CO2 non si prestano al taglio con più teste sulla stessa macchina. Tuttavia, con i laser in fibra, il taglio con più teste è possibile.

Taglio a getto d'acqua
Anche il taglio a getto d'acqua permette di effettuare buon lavoro nel taglio dell'acciaio dolce, con un risultato uniforme ed estremamente accurato. La precisione del taglio a getto d'acqua può superare quella del taglio al laser, dal momento che l'uniformità dei bordi può essere migliore e non si verifica la distorsione termica. Inoltre il taglio a getto d'acqua non è limitato dallo spessore, come invece accade per il taglio al laser e al plasma. Il limite pratico del taglio a getto d'acqua è circa da 15,2 cm a 20,3 cm (da 6 a 8 pollici), a causa del tempo necessario a tagliare tale spessore e della tendenza del flusso d'acqua a divergere.

L'inconveniente del taglio a getto d'acqua è il costo operativo. I costi immediati per l'attrezzatura sono di solito leggermente superiori a quelli del plasma, a causa del costo elevato di una pompa con intensificatore, ma inferiori a quelli del laser. Tuttavia il costo orario di funzionamento del getto d'acqua è molto maggiore, principalmente a causa del costo del Garnet abrasivo che viene utilizzato nel taglio.

Il taglio a getto d'acqua si presta inoltre al taglio con più teste e ciò può essere effettuato anche con una sola pompa con intensificatore. Tuttavia ogni testa di taglio in più richiede un flusso d'acqua aggiuntivo che a sua volta richiede una pompa più grande o un orifizio più piccolo.

Criteri decisionali

Quindi come potete prendere la decisione migliore su quale processo utilizzare?

1. Iniziate dallo spessore:
  • Spessore inferiore a 0,2 cm (0,080"): scegliete il laser.
  • Spessore inferiore a 0,3 cm (0,125"): scegliete il plasma o il laser.
  • Spessore inferiore a 0,6 cm (0,250"): scegliete il getto d'acqua, il plasma o il laser.
  • Oltre 20,3 cm (8"): scegliete l'ossitaglio.
  • Oltre 5 cm (2"): scegliete l'ossitaglio o il getto d'acqua.
  • Oltre 3,2 cm (1,25"): scegliete il plasma, l'ossitaglio o il getto d'acqua.
2. Considerate i requisiti di precisione e qualità dei bordi:
  • La qualità dei bordi del taglio al plasma è accettabile per voi? La maggior parte dei prodotti realizzati con piastre in acciaio possono essere saldati perfettamente con taglio al plasma.
  • La Zona Termicamente Alterata di ossitaglio, plasma o laser è accettabile per voi? Se la risposta è no, scegliete il getto d'acqua.

3. Considerate che cosa è più importante: la produttività o il costo?
  • Se il tasso di produzione è più importante, state alla larga dal getto d'acqua.
  • Se un investimento iniziale ridotto e un basso costo operativo sono più importanti, considerate l'ossitaglio.

Per lo spareggio:

Tolleranza alle operazioni secondarie
  • Potete tollerare eventuali scorie sul fondo della piastra? Se la risposta è no, scegliete il getto d'acqua o il laser.
  • Le operazioni secondarie richiedono fori perfettamente arrotondati? Se la risposta è sì, scegliete il getto d'acqua o il laser.
Più strumenti

I componenti si prestano al taglio con 2 torce, 4 torce o più? Allora l'ossitaglio vincerà sul plasma e il laser. Il taglio con più torce al plasma è possibile, ma diventa costoso se considerate l'investimento iniziale per tutta quell'attrezzatura. Con il getto d'acqua, è possibile azionare più ugelli per il taglio a getto d'acqua con una sola pompa con intensificatore se acquistate una pompa con un tasso di flusso sufficientemente alto da supportare più teste. Il taglio al laser di norma è limitato a una sola testa di taglio, sebbene il laser in fibra apra la strada per il taglio simultaneo con più teste.

Mettiamo i bastoni tra le ruote
Un'altra considerazione che mette i bastoni tra le ruote a qualsiasi calcolo, è l'idea di un taglio multiplo, utilizzando due di questi processi di taglio sullo stesso componente. I processi più logici da combinare sono il getto d'acqua e il plasma, oppure il getto d'acqua e l'ossitaglio. Con la nuova tecnologia laser in fibra è ora possibile combinare il laser e il plasma o il laser e l'ossitaglio. Il vantaggio di un taglio multiplo è la possibilità di utilizzare un processo più lento e preciso per alcuni contorni e poi passare al processo più rapido e meno costoso per altri. Il risultato è la produzione di componenti con la precisione necessaria, ma con un costo decisamente inferiore rispetto a quello che risulterebbe dall'utilizzo di un processo ad alta precisione per il taglio dell'intero componente.

Riepilogo
La sovrapposizione di gamma di spessore e funzionalità di questi quattro processi rende difficile la scelta di quale utilizzare su ogni particolare elemento in acciaio dolce. Pertanto i costruttori o i centri di assistenza per l'acciaio che necessitano della possibilità di tagliare un'ampia gamma di materiali spesso finiscono per acquistare macchine dotate di due o più processi di taglio. A volte l'unico modo per determinare quale processo sia ottimale per uno specifico componente è quello di provare varie alternative diverse e vedere quale funziona meglio.

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