Elegir los parámetros de corte adecuados para las máquinas de corte por plasma CNC

¿Alguna vez se ha preguntado cómo conseguir cortes impecables con las máquinas de plasma CNC? Dominar los parámetros de corte es la clave. Este artículo se sumerge en los aspectos esenciales como la corriente de corte, la velocidad y el flujo de gas, ofreciéndole los conocimientos necesarios para mejorar su precisión y eficiencia de corte. Al comprender estos parámetros, estará equipado para optimizar su proceso de corte por plasma CNC, garantizando siempre resultados de alta calidad. ¿Listo para transformar sus habilidades de corte? Siga leyendo para descubrir los secretos.

Índice

La selección de los parámetros del proceso de corte para las máquinas de corte por plasma CNC es crucial para la calidad, velocidad y eficacia de los resultados de corte.

Para utilizar correctamente una máquina de plasma CNC para un corte rápido y de alta calidad, es esencial tener un profundo conocimiento y dominio de los parámetros del proceso de corte.

I. Corriente de corte

La corriente de corte es el parámetro más crítico en el proceso de corte por plasma, ya que influye directamente en el espesor y la velocidad del corte, determinando así la capacidad de corte. Los efectos de la corriente de corte son los siguientes:

  1. Mayor capacidad y velocidad de corte: A medida que aumenta la corriente de corte, también aumenta la energía del arco, lo que se traduce en una mayor capacidad de corte y un aumento de la velocidad de corte.
  2. Cortes más anchos: Un aumento de la corriente de corte también aumenta el diámetro del arco, haciendo que el corte sea más amplio.
  3. Sobrecalentamiento de la boquilla: Si la corriente de corte es demasiado alta, la boquilla puede sobrecalentarse, provocando daños prematuros y una disminución de la calidad de corte. En casos extremos, puede impedir que se produzca el corte normal. Por lo tanto, es esencial seleccionar la corriente de corte adecuada y la boquilla correspondiente en función del grosor del material antes de cortar.

II. Velocidad de corte

El intervalo óptimo de velocidad de corte puede determinarse según las instrucciones del equipo o mediante experimentación. Diversos factores como el grosor del material, el tipo de material, el punto de fusión, la conductividad térmica y la tensión superficial tras la fusión influyen en la velocidad de corte. Los principales efectos de la velocidad de corte son los siguientes:

  1. Calidad de corte mejorada: Un aumento moderado de la velocidad de corte puede mejorar la calidad del corte al estrechar ligeramente el corte, hacer la superficie de corte más lisa y reducir la deformación.
  2. Velocidad excesiva: Si la velocidad de corte es demasiado rápida, la energía de la línea de corte será insuficiente, impidiendo que el chorro expulse inmediatamente el material fundido. Esto provoca una mayor cantidad de arrastre posterior y escoria colgando en el corte, causando una disminución de la calidad de la superficie de corte.
  3. Problemas de baja velocidad: Cuando la velocidad de corte es demasiado baja, la posición de corte actúa como ánodo del arco de plasma. Para mantener la estabilidad del arco, el punto o área del ánodo debe encontrar un lugar para conducir la corriente cerca del corte más cercano, transfiriendo más calor radialmente al chorro. Esto resulta en:
    • Un corte más amplio.
    • El material fundido se acumula y solidifica en el borde inferior, formando escorias difíciles de limpiar.
    • El borde superior del corte forma una esquina redondeada debido a un calentamiento y una fusión excesivos.
    • En casos extremos, el arco puede extinguirse si la velocidad es demasiado baja.

III. Tensión del arco

La tensión del arco, normalmente considerada la tensión de corte, es otro parámetro crucial en el corte por plasma. Las máquinas de corte por arco de plasma suelen funcionar con una tensión en vacío y una tensión de trabajo elevadas. Los efectos de la tensión del arco son los siguientes:

  1. Gases de alta energía de ionización: Cuando se utilizan gases con alta energía de ionización como el nitrógeno, el hidrógeno o el aire, la tensión necesaria para un arco de plasma estable es mayor.
  2. Mayor entalpía del arco y capacidad de corte: Cuando la corriente es constante, un aumento de la tensión significa un aumento de la entalpía del arco, lo que aumenta la capacidad de corte.
  3. Velocidad y calidad de corte mejoradas: Si se reduce el diámetro del chorro mientras se aumenta el caudal de gas simultáneamente con un aumento de la entalpía, a menudo se consiguen velocidades de corte más rápidas y una mejor calidad de corte.

IV. Gas de trabajo y caudal

Gases de trabajo en el corte por arco de plasma

En el corte por arco de plasma, la selección y gestión de los gases de trabajo son cruciales para lograr un rendimiento de corte óptimo. Los gases de trabajo suelen incluir gas de corte, gas auxiliar y, en algunos casos, gas de arranque. El gas de trabajo adecuado debe seleccionarse en función del tipo, espesor y método de corte del material que se va a procesar.

Papel del gas de corte

El gas de corte cumple varias funciones esenciales:

  1. Formación del chorro de plasma: El gas de corte se ioniza para formar el chorro de plasma, que es la herramienta de corte primaria.
  2. Eliminación de metal fundido y óxidos: Ayuda a expulsar el metal fundido y los óxidos del corte, garantizando un borde de corte limpio.

Importancia del caudal de gas

El caudal de gas es un parámetro crítico que debe controlarse cuidadosamente:

  • Flujo de gas excesivo: Si el flujo de gas es demasiado alto, puede disipar más calor del arco, acortar la longitud del chorro de plasma, reducir la capacidad de corte y causar inestabilidad del arco.
  • Caudal de gas insuficiente: Por el contrario, si el caudal de gas es demasiado bajo, el arco de plasma puede perder la rectitud necesaria, lo que provoca cortes poco profundos y una mayor formación de escoria.

Por lo tanto, el caudal de gas debe estar bien coordinado con la corriente y la velocidad de corte para mantener la eficacia y la calidad del corte.

Control del caudal de gas

La mayoría de las máquinas modernas de corte por arco de plasma controlan el caudal de gas ajustando la presión del gas. Cuando la apertura de la boquilla es fija, el control de la presión del gas controla eficazmente el caudal. La presión de gas necesaria para cortar un material de un grosor determinado suele proporcionarla el fabricante del equipo. Para aplicaciones especiales, puede ser necesario determinar la presión del gas mediante pruebas de corte reales.

Gases de trabajo de uso común

Los gases de trabajo más utilizados en el corte por arco de plasma son:

  • Argón (Ar)
  • Nitrógeno (N₂)
  • Oxígeno (O₂)
  • Aire
  • H35 (mezcla de hidrógeno 35% y argón 65%)
  • Gas mixto argón-nitrógeno

Cada gas o mezcla de gases tiene propiedades específicas que lo hacen adecuado para diferentes materiales y condiciones de corte. Por ejemplo:

  • Argón: Proporciona un arco estable y se utiliza a menudo para cortar metales no ferrosos.
  • Nitrógeno: Ofrece altas velocidades de corte y es adecuada para acero inoxidable y aluminio.
  • Oxígeno: Mejora la velocidad y la calidad de corte del acero dulce.
  • Aire: Una opción rentable para cortar diversos materiales, aunque puede requerir filtración adicional.
  • H35: Se utiliza para cortar acero inoxidable grueso y aluminio debido a su alta densidad de energía.

Tipos de gas en el corte por plasma: Propiedades y Aplicaciones

1. Gas argón

El gas argón presenta una reactividad mínima con los metales a altas temperaturas, lo que contribuye a un arco de plasma altamente estable. La longevidad de la boquilla y el electrodo también aumenta cuando se utiliza argón. Sin embargo, el arco de plasma de argón funciona a un voltaje más bajo y tiene un valor de entalpía relativamente bajo, lo que limita su capacidad de corte. En comparación con el corte por aire, el espesor de corte alcanzable con argón disminuye aproximadamente 25%. Además, en un entorno protegido con argón, la tensión superficial del metal fundido es aproximadamente 30% mayor que en un entorno de nitrógeno, lo que puede provocar una mayor formación de escoria. Incluso cuando se mezcla con otros gases, el argón tiende a producir escoria pegajosa, lo que hace que el gas argón puro sea menos favorable para el corte por plasma.

2. Gas hidrógeno

El gas hidrógeno suele utilizarse como gas auxiliar en combinación con otros. Un ejemplo notable es el gas H35, que consiste en hidrógeno 35% y argón 65%. Esta mezcla es muy eficaz en el corte por arco de plasma debido al aumento significativo de la tensión del arco que proporciona el hidrógeno, lo que da lugar a un chorro de plasma de alta entalpía. Cuando se combina con argón, la eficacia del corte mejora notablemente. Para cortar materiales metálicos de más de 70 mm de espesor, se suele emplear una mezcla de argón e hidrógeno. La eficacia del corte puede mejorarse aún más utilizando un chorro de agua para comprimir el arco de plasma de argón-hidrógeno.

3. Gas nitrógeno

El nitrógeno es un gas de trabajo muy utilizado en el corte por plasma. Con tensiones de alimentación elevadas, los arcos de plasma de nitrógeno ofrecen mayor estabilidad y mayor energía de chorro que los de argón. Esto hace que el nitrógeno sea especialmente eficaz para cortar materiales de alta viscosidad, como el acero inoxidable y las aleaciones a base de níquel, con una formación mínima de escoria. El nitrógeno puede utilizarse solo o mezclado con otros gases. En los procesos de corte automatizados, a menudo se utiliza nitrógeno o aire, convirtiéndolos en gases estándar para el corte a alta velocidad de acero al carbono. El nitrógeno también se utiliza como gas de arranque de arco en el corte por plasma de oxígeno.

4. Gas Oxígeno

El oxígeno puede aumentar significativamente la velocidad de corte del acero con bajo contenido en carbono. El mecanismo de corte con oxígeno es similar al del oxicorte, en el que el arco de plasma de alta temperatura y alta energía acelera el proceso de corte. Sin embargo, el oxígeno debe utilizarse con electrodos resistentes a la oxidación a alta temperatura y protegidos contra impactos durante el inicio del arco para prolongar su vida útil.

5. Aire

El aire, que contiene aproximadamente 78% de nitrógeno y 21% de oxígeno, produce una formación de escoria similar a la del nitrógeno cuando se utiliza para cortar. La presencia de oxígeno en el aire aumenta la velocidad de corte de los aceros con bajo contenido en carbono. El aire es también el gas de trabajo más económico. Sin embargo, el uso exclusivo de aire para el corte puede provocar problemas como la formación de escoria, la oxidación y el aumento de nitrógeno en los bordes de corte. La reducción de la vida útil de los electrodos y las boquillas también puede afectar a la eficacia del trabajo y aumentar los costes de corte.

V. Altura de la boquilla en el corte por arco de plasma

Definición e importancia

La altura de la boquilla se refiere a la distancia entre la cara del extremo de la boquilla y la superficie de corte. Esta distancia es un parámetro crítico en el corte por arco de plasma, ya que influye en la longitud total del arco y, en consecuencia, en el rendimiento del corte.

Impacto en las características del arco

El corte por arco de plasma suele emplear fuentes de energía con características de corriente constante o de caída pronunciada. Cuando aumenta la altura de la boquilla, la corriente permanece relativamente estable. Sin embargo, la longitud del arco aumenta, lo que provoca un aumento de la tensión del arco y, por tanto, de la potencia del arco. Este aumento de la potencia del arco se ve contrarrestado por la pérdida de energía de la columna del arco expuesta al entorno.

Efectos en el rendimiento de corte

La interacción entre el aumento de la potencia del arco y la pérdida de energía puede dar lugar a una reducción de la energía de corte efectiva. Esta reducción se manifiesta de varias maneras:

  • Debilitamiento de la fuerza del chorro de corte: La fuerza del chorro de corte disminuye, reduciendo la eficacia del corte.
  • Aumento de la escoria residual: Queda más escoria en la parte inferior del corte, lo que indica un corte menos limpio.
  • Redondeo del borde superior: El borde superior del corte se redondea, lo que no es deseable para el corte de precisión.
  • Incisión más ancha: Como el chorro de plasma se expande hacia fuera al salir de la boquilla, una mayor altura de la boquilla da lugar a un corte más ancho, lo que puede afectar a la precisión y calidad del corte.

Altura óptima de la boquilla

Para mejorar la velocidad y la calidad del corte, suele ser beneficioso mantener la menor altura de boquilla posible. Sin embargo, si la altura de la boquilla es demasiado baja, puede provocar la formación de arcos dobles, perjudiciales para el proceso de corte.

Uso de boquillas exteriores cerámicas

El uso de boquillas exteriores cerámicas puede mitigar los problemas asociados a las alturas de boquilla bajas. Estas boquillas permiten que la cara del extremo de la boquilla entre en contacto directo con la superficie de corte, con lo que la altura de la boquilla se reduce a cero. Esta configuración puede lograr excelentes resultados de corte al minimizar la longitud del arco y maximizar la energía de corte efectiva.

VI. Densidad de potencia de corte

Arco de plasma de alta compresión para corte

Para lograr un arco de plasma de alta compresión para el corte, la boquilla de corte emplea una abertura de boquilla pequeña, una longitud de orificio ampliada y mecanismos de refrigeración mejorados. Estas características aumentan colectivamente la corriente que pasa a través del área efectiva de la sección transversal de la boquilla, aumentando así la densidad de potencia del arco. Sin embargo, esta compresión también se traduce en una mayor pérdida de potencia del arco. En consecuencia, la energía real utilizada para el corte es inferior a la potencia de salida de la fuente de energía, con una tasa de pérdida típica que oscila entre 25% y 50%.

Consideraciones sobre la pérdida de energía

Algunos métodos, como el corte por arco de plasma con compresión de agua, pueden presentar mayores índices de pérdida de energía. Este factor debe tenerse en cuenta a la hora de diseñar los parámetros del proceso de corte o de realizar evaluaciones económicas de los costes de corte.

Corte de chapas metálicas

En las aplicaciones industriales, los espesores de las chapas metálicas suelen ser inferiores a 50 mm. Dentro de este rango, el corte por arco de plasma convencional suele producir cortes con un borde superior más grande y un borde inferior más pequeño. Esta discrepancia puede reducir la precisión del tamaño de la incisión y hacer necesario un trabajo de procesamiento adicional.

Características de corte específicas del material

Cuando se utiliza el corte por arco de plasma de oxígeno y nitrógeno para materiales como acero al carbono, aluminio y acero inoxidable, se pueden hacer las siguientes observaciones:

  • Espesor de la placa 10-25 mm: En las chapas de este grosor, el material es más grueso, lo que mejora la verticalidad del filo. El error angular del filo de corte suele oscilar entre 1 y 4 grados.
  • Espesor de placa <1 mm: A medida que disminuye el grosor de la placa, el error angular de la incisión aumenta significativamente, oscilando entre 3-4 grados y 15-25 grados.

Causas del error de ángulo

La causa principal del error de ángulo se atribuye a la entrada desigual de calor del chorro de plasma en la superficie de corte. La liberación de energía del arco de plasma se concentra más en la parte superior de la incisión que en la inferior. Este desequilibrio en la liberación de energía está influido por varios parámetros del proceso, como el grado de compresión del arco de plasma, la velocidad de corte y la distancia entre la boquilla y la pieza.

Optimización de los parámetros de corte

El aumento del grado de compresión del arco puede extender el chorro de plasma de alta temperatura, formando una zona de alta temperatura más uniforme. Esto también aumenta la velocidad del chorro, lo que puede reducir la diferencia de anchura entre los bordes superior e inferior de la incisión. Sin embargo, la compresión excesiva de las boquillas convencionales puede dar lugar a arcos dobles, que no sólo consumen electrodos y boquillas, sino que también degradan la calidad de la incisión y pueden detener el proceso de corte.

Además, una velocidad de corte y una altura de boquilla excesivas pueden agravar la diferencia de anchura entre los bordes superior e inferior de la incisión. Por lo tanto, la optimización cuidadosa de estos parámetros es crucial para lograr cortes de alta calidad con un error de ángulo y una discrepancia de anchura mínimos.

VII. Tabla de parámetros del proceso de corte por plasma

El proceso consiste en crear un canal eléctrico de gas sobrecalentado e ionizado eléctricamente (plasma) desde el cortador de plasma a través de la pieza de trabajo, cortándola. Los parámetros para el corte por plasma pueden variar en función del tipo de gas plasma y de la corriente de corte utilizada. A continuación se muestran los parámetros optimizados para el corte de acero bajo en carbono utilizando diferentes gases de plasma:

Acero de bajo carbono plasma de aire/protección de aire corriente de corte 130A

Seleccione el gas
Ajustar el caudal de aire de corteGrosor del materialTensión del arcoDistancia de la antorcha de corte a la piezaVelocidad de corteAltura inicial de perforaciónRetardo de perforación
PlasmaGas protectorPlasmaGas protector.mmTensiónmmmm/minmmCoeficiente
%
Segundo
AireAire723531363.160006.22000.1
41373.149306.22000.2
61383.638507.22000.3
101424.124508.22000.5
121444.120508.22000.5
151504.614509.22000.8
201534.681010.52301.2
251634.6410Empezar desde el borde
321705.1250

Acero de bajo carbono plasma de oxígeno/protección de aire corriente de corte 130A

Seleccione el gasAjustar el caudal de aire de corteGrosor del materialTensión del arcoDistancia de la antorcha de corte a la piezaVelocidad de corteAltura inicial de perforaciónRetardo de perforación
PlasmaGas protectorPlasmaGas protectormmTensiónmmmm/minmmCoeficiente%Segundo
OxígenoAire654831282.5 65005.0 2000.1 
41292.8 54205.6 2000.2 
61302.8 40005.6 2000.3 
101343.0 26506.0 2000.3 
121363.0 22006.0 2000.5 
151413.8 16507.6 2000.7 
43201423.8 11307.6 2001.0 
251524.0 6758.0 2001.5 
321554.5 480Empezar desde el borde
381604.5 305

Consejos prácticos

  • Garantizar una ventilación adecuada: El corte por plasma genera humos y gases que deben ventilarse adecuadamente para garantizar un entorno de trabajo seguro.
  • Mantenimiento periódico: Revise y mantenga regularmente la cortadora de plasma y sus consumibles para garantizar un rendimiento y una calidad de corte óptimos.
  • Precauciones de seguridad: Utilice siempre el equipo de protección individual (EPI) adecuado, incluidos guantes, protección ocular y ropa resistente a las llamas, cuando realice operaciones de corte por plasma.

Siguiendo estos parámetros y consideraciones, podrá conseguir cortes eficientes y de alta calidad cuando trabaje con acero bajo en carbono utilizando la tecnología de corte por plasma.

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Shane
Autor

Shane

Fundador de MachineMFG

Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.

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