- Introducción
En el campo del procesamiento de chapas metálicas, las máquinas de corte por láser han demostrado ventajas significativas. Debido a su alta precisión, velocidad rápida y excelente calidad, han ido reemplazando gradualmente los métodos tradicionales de procesamiento y se han convertido en el equipo central para el corte de chapas metálicas [1]. Desde el surgimiento de las máquinas de corte por láser hasta el reemplazo de las máquinas YAG y CO2 por máquinas de corte láser de fibra, y ahora con el lanzamiento continuo de máquinas de corte láser de alta potencia, los equipos de alta potencia se han convertido en la tendencia principal para el corte de placas gruesas y la mejora de la eficiencia.
En los últimos años, las máquinas de corte láser de alta potencia se han convertido en un tema candente en el campo del corte láser. Muchas empresas han introducido equipos de corte láser de fibra con niveles de potencia superiores a 10,000W. Para la industria del procesamiento de chapas metálicas, la aparición de equipos de corte de alta potencia ha incrementado significativamente el grosor y la eficiencia del corte de chapas metálicas. Estas máquinas empujan continuamente los límites del grosor de corte de materiales, reduciendo el costo del procesamiento de placas gruesas y formando un ciclo positivo que expande aún más el campo de aplicación del corte por láser.
Introducción a las Máquinas de Corte Láser de Alta Potencia
(1) Visión General de las Máquinas de Corte de Alta Potencia
Las máquinas de corte láser se pueden clasificar por potencia en máquinas de baja potencia, media potencia y alta potencia. Para acero inoxidable y acero al carbono de grosor moderado, las máquinas de corte láser de baja potencia pueden lograr buenos resultados de corte. Sin embargo, para el corte de placas gruesas y la mejora de la eficiencia, las máquinas de corte láser de alta potencia son más adecuadas. Por lo tanto, las máquinas de corte láser con niveles de potencia superiores a 10,000W se denominan colectivamente máquinas de corte láser de alta potencia (ver Figura 1).
(2) Especificaciones de Potencia de los Lásers de Fibra
Para adaptarse a diferentes grosores de chapa metálica, las especificaciones de potencia de los láseres de fibra utilizados en las máquinas de corte de alta potencia varían. Según las tendencias actuales, las empresas del mercado de procesamiento de metales están actualizando gradualmente a varios niveles de potencia, como se muestra en la Tabla 1.
| Nivel de Potencia (kW) | 10 | 12 | 15 | 20 | 25 | 30 | 35 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Nota | Común | Común | Común | Raro | Raro | Raro | Raro |
(3) Especificaciones de Uso de Gases
Para garantizar la precisión del corte, la velocidad y superficies de corte lisas, las máquinas de corte láser de alta potencia requieren oxígeno de alta pureza, generalmente con un nivel de pureza de 99.99%.
Características de las Máquinas de Corte Láser de Alta Potencia
3.1 Avances Tecnológicos
(1) Alto Rendimiento Dinámico de Máquinas de Corte de Alta Velocidad
Las máquinas equipadas con láseres de fibra de clase 10,000W adoptan una nueva estructura de haz triangular con las siguientes características:
- El peso se reduce en un 30%, mejorando significativamente el rendimiento dinámico.
- La velocidad máxima de movimiento alcanza los 200m/min con una aceleración de 4g.
- El peso de la base se incrementa en aproximadamente un 20% para mejorar la estabilidad y eliminar el impacto de los movimientos de alta aceleración.
(2) Nuevo Sistema de Software
El software y el sistema de control funcionan como el cerebro y el centro de mando de la máquina. Además de las actualizaciones de hardware, las diferencias en el rendimiento de las máquinas provienen principalmente de las variaciones en los sistemas de software y control, que pueden ser sustanciales.
(3) Corte Estable a 100m/min
La velocidad de respuesta del sensor capacitivo es tres veces más rápida que la de las cabezas de corte tradicionales.
La velocidad en el eje Z se incrementa, lo que permite una operación continua y sin interrupciones, mejorando la eficiencia del corte de placas finas en más del 30%.
Funciones mejoradas de perforación y perforación de precisión, junto con diagnóstico remoto, para cumplir con los requisitos de la Industria 4.0 [2].
3.2 Características de la Cabeza de Corte
La cabeza de corte de alta potencia es un componente crucial que garantiza un corte estable durante la operación continua a alta potencia, ofreciendo:
- Mejor sellado, refrigeración mejorada, un rango de enfoque más amplio y lentes resistentes a altas temperaturas.
- Nuevo diseño del circuito de gas y estructura de boquilla para contrarrestar el desplazamiento del foco debido a la operación prolongada, mejorando la velocidad y estabilidad del corte.
3.3 Capacidad de Corte de Alta Potencia
(1) Aumento del Grosor de Corte
Actualmente, las máquinas de corte láser de alta potencia pueden cortar chapas de aleación de aluminio de hasta 40 mm de grosor y chapas de acero inoxidable de hasta 130 mm de grosor. Con los avances tecnológicos continuos, las capacidades de corte en grosor seguirán aumentando, reduciendo los costos de procesamiento y acelerando la adopción del corte láser de alta potencia en aplicaciones de placas gruesas [3].
(2) Aumento de la Eficiencia en Placas Finas y Medias
Cuando se cortan chapas de acero inoxidable de 3 a 10 mm de grosor, un cortador láser de 10,000W es más del doble de rápido que un cortador de 6,000W.
En aplicaciones de acero al carbono, un cortador láser de 10,000W puede lograr una velocidad de corte de superficie brillante de 18-20 mm/s, el doble de la velocidad estándar de corte.
Se pueden usar aire comprimido o nitrógeno para cortar chapas de acero al carbono de hasta 12 mm de grosor, con una eficiencia de 6 a 7 veces mayor que el corte con oxígeno.
3.4 Características de la Cama de la Máquina
(1) Estructura Mecánica de Alta Capacidad de Carga
Las máquinas de corte de alta potencia están equipadas con camas de hierro fundido, fundidas integralmente utilizando hierro grafito con una resistencia mínima a la tracción de 200 MPa, lo que mejora significativamente el contenido de carbono, la resistencia a la compresión, la amortiguación de vibraciones y la resistencia al desgaste (ver Figura 3).
(2) Ventajas de las Camas de Hierro Fundido
- Excelente lubricación, resistencia a la corrosión y estabilidad dimensional, reduciendo los errores de procesamiento causados por las vibraciones de la cama de la máquina.
- Menor desgaste durante el uso, mejorando la estabilidad en más del 30%, la precisión en más del 30% y la vida útil de la cama de la máquina a más de 70 años.
3.5 Reemplazo Automático de Boquillas
(1) Reemplazo Manual de Boquillas
Tradicionalmente, las boquillas se reemplazan manualmente según el grosor y tipo de material, lo que conduce a ineficiencias y precisión inconsistente.
(2) Tecnología de Reemplazo Automático de Boquillas
Las máquinas de corte láser de alta potencia modernas cuentan con reemplazo automático de boquillas, calibración y limpieza, reduciendo la intensidad laboral y mejorando la precisión. Las ventajas incluyen:
- Reducción de la carga de trabajo manual y mejora de la precisión de posicionamiento.
- Selección automática de boquillas según material y grosor, reduciendo el tiempo de inactividad e incrementando la eficiencia de producción.
- Sistema de protección cerrado que mejora la seguridad del equipo y del personal.
3.6 Perforación Rápida y Formación de Agujeros Extremadamente Pequeños
(1) Perforación Rápida
Reduce el tiempo de perforación en un 90%, minimiza el enfoque térmico y estabiliza el corte. La Tabla 2 muestra sus beneficios.
(2) Corte de Agujeros Extremadamente Pequeños
El corte láser tradicional supone que el diámetro mínimo de agujero es igual al grosor de la chapa. Sin embargo, las máquinas de alta potencia pueden cortar agujeros tan pequeños como 0.15 veces el grosor de la chapa o incluso más pequeños (ver Figura 4).
Ventajas de las Máquinas de Corte Láser de Alta Potencia
- Alta velocidad: Las velocidades de corte superan los 20m/min, con velocidades de movimiento de los ejes de hasta 250m/min y una aceleración de hasta 10g.
- Alta precisión: Capaz de cortar aproximadamente 500 agujeros de ϕ10mm por minuto en chapas de 1mm de grosor con un error mínimo.
- Procesamiento de placas gruesas: El aumento continuo de los niveles de potencia permite cortar placas más gruesas.
- Corte de gran escala: El rango de procesamiento continúa expandiéndose hacia tamaños más grandes.
- Automatización e Inteligencia: Integración con la Industria 4.0, control remoto, anidado automatizado
y diagnósticos inteligentes.
- Conclusión
- Desarrollo del Equipo de Alta Potencia: El corte láser de alta potencia representa el futuro del procesamiento de metales, con investigaciones continuas sobre velocidad, precisión, corte en gran escala, 3D y materiales especiales.
- Selección de Equipos: Las empresas deben evaluar cuidadosamente la estabilidad, consistencia, ajuste de velocidad, avance del sistema de control y vida útil de la máquina al elegir cortadores láser de alta potencia. A diferencia de las máquinas de baja potencia, el precio no debe ser el factor decisivo, ya que las máquinas de alta potencia implican una inversión y riesgo significativos.
