Corte Plasma Chanfrado - Produtividade, Custos e Segurança dos sistemas tradicionais

O corte chanfrado a plasma CNC está se tornando cada vez mais acessível. Muitos fornecedores oferecem essa opção, e há uma vasta gama de diferentes designs de cabeçotes chanfradores para escolher.

Este artigo discute algumas das preocupações comuns com as quais os projetistas de cabeçotes chanfradores devem lidar e algumas das soluções mais modernas para esses problemas. Ele também levanta a bandeira em uma consideração de segurança séria em relação aos dispositivos de proteção contra colisão.

A nova tecnologia DMX da ESAB oferece uma solução para esses problemas, incluindo um novo método de lidar com colisões de tochas que mitiga o risco associado aos dispositivos tradicionais de proteção contra colisões.

O corte chanfrado com plasma tornou-se cada vez mais comum nas últimas décadas. Existem agora dezenas de fornecedores que oferecem a capacidade de chanfro a plasma como um recurso opcional em máquinas de corte térmico, e esses sistemas vêm em diferentes formas e tamanhos. No entanto, existem alguns problemas comuns que todos os fabricantes de máquinas precisam resolver, e esses problemas têm grandes implicações para a confiabilidade, custo e segurança da operação de corte chanfrado a plasma.

HISTÓRIA
Na década de 1990, havia apenas um punhado de fornecedores com o poder de engenharia e o conhecimento do processo necessários para fornecer um sistema tão complexo, e os preços geralmente altos para uma instalação completa da máquina. No mercado atual, você pode encontrar soluções de chanfro a plasma por menos da metade daqueles valores iniciais. As barreiras à entrada caíram, permitindo uma infinidade de opções quando se trata de chanfro a plasma.

No entanto, um problema comum que todos os fabricantes de máquinas devem abordar é a questão do movimento chanfrado. Os cabeçotes chanfradores de plasma requerem movimento rápido e preciso em 5 eixos. Existem muitas maneiras diferentes de fazer isso, mas a maioria são sistemas grandes, pesados e complexos.
Os exemplos incluem transferidores rotativos, sistemas de inclinação compostos e sistemas rotativos híbridos (que combinam um eixo de rotação com outro tipo de eixo de inclinação). Cada um desses arranjos apresenta uma grande massa rotativa que deve ser suportada e movida com precisão sobre grandes áreas de trabalho. Isso significa um dispositivo de rotação grande e pesado que pode suportar com precisão o peso do eixo de inclinação.

Além de exigir um pórtico grande, alguns outros problemas com sistemas rotativos incluem confiabilidade e custo.

CONFIABILIDADE E CUSTOS
Tanto a confiabilidade quanto o custo geralmente podem ser atribuídos à complexidade.

A complexidade é impulsionada pelo grande número de componentes necessários para fornecer movimento de inclinação e rotação enquanto acomoda uma tocha de plasma, sistema de proteção contra colisão e sistema de detecção de altura inicial. Os componentes do trem de acionamento geralmente incluem um motor, polias, correias, caixas de engrenagens, engrenagens de anel, pinhões, codificadores ou outros dispositivos de feedback e interruptores de limite.

Além do trem de força em cada eixo, pode haver rolamentos de tocha, dispositivos de proteção contra colisão e dispositivos de detecção de altura inicial. À medida que o número de componentes em um sistema aumenta, a confiabilidade do sistema diminui. Portanto, há um incentivo significativo para reduzir a contagem total de peças em um sistema sempre que possível.

O movimento da tocha também afeta a confiabilidade. Quando um sistema chanfrado gira, os cabos da tocha são torcidos. A torção constante do conjunto de cabos da tocha, que inclui várias mangueiras e cabos bem juntos, acabará causando o desgaste dos cabos da tocha, resultando em vazamentos ou falhas elétricas. Para evitar a torção excessiva dos cabos da tocha, os fabricantes recorreram a vários projetos comuns, incluindo limites de rotação, rolamentos da tocha ou anéis coletores.

Os sistemas com rotação limitada girarão apenas até certo ponto em cada direção antes de atingirem uma chave fim de curso eletromecânica. Portanto, eles devem ser cuidadosamente programados para evitar atingir os limites de rotação durante o corte de uma peça. Freqüentemente, isso significa pré-girar antes de cortar uma peça ou parar no meio da peça para desenrolar e reposicionar.

Alguns usam um rolamento de tocha, que permite que a tocha gire livremente ao longo de seu eixo enquanto é manipulada pela cabeça de chanfro em torno de um ponto central da ferramenta. Permitir que a tocha gire dentro de um rolamento resolve o problema de torcer os cabos da tocha, mas aumenta o custo, a complexidade e uma pequena medida de imprecisão.

Anéis coletores também podem ser usados para evitar limites de rotação. Anéis deslizantes elétricos podem passar todos os sinais de plasma e corrente da parte estacionária para a parte rotativa de uma cabeça chanfrada, enquanto uma união de gás permite que os fluidos passem. Infelizmente, esses sistemas adicionam custos, complexidade, peso e tamanho significativos aos cabeçotes.

Um pequeno número de fabricantes começou a usar ainda arranjos de paralelogramo. Estes têm a vantagem de eliminar o dispositivo de rotação, mas o substituem por um complexo sistema de juntas e ligações que, quando empurradas por um par de mecanismos de acionamento deslizante, irão fornecer o movimento da tocha em 3 eixos.
O principal problema com os sistemas de chanfro do tipo paralelogramo é que eles precisam estar muito próximos da superfície de corte, onde ficam expostos a respingos de perfuração prejudiciais e colidem facilmente com as peças pontiagudas. Além disso, para atingir a precisão necessária, eles exigem um grande número de peças e juntas usinadas com precisão, o que aumenta o custo. Portanto, os problemas de confiabilidade e custo não são totalmente resolvidos.

Além da complexidade, a confiabilidade também é afetada pela proteção ou exposição de componentes críticos.

As máquinas de corte térmico operam em ambientes muito hostis. Os processos de corte a plasma e oxi-combustível criam calor, chamas, poeira, vapor e volumes significativos de respingos de perfuração derretida. Um cabeçote chanfrado a plasma deve operar muito próximo ao processo de corte e, portanto, está constantemente exposto a danos.

Mangueiras, fios e cabos de tocha expostos são facilmente queimados pelo calor e pelos respingos de perfuração derretidos ejetados. Os componentes mecânicos podem ficar sujos com respingos de perfuração, água ou fuligem. Existem também placas móveis, elevadores e partes móveis do próprio sistema de bisel. Quaisquer cabos soltos ou pendurados, mangueiras ou cabos da tocha são facilmente presos e danificados.

Evitar paradas e reparos dispendiosos requer proteção de todas as mangueiras, cabos e componentes mecânicos sensíveis contra esses elementos.

A tendência do mercado que aborda muitos desses problemas de confiabilidade e custo são os sistemas de chanfro usando movimento composto, que oferecem sistemas mais compactos em máquinas menores.

SEGURANÇA
Outra questão que deve ser considerada com o chanfro a plasma é como os fabricantes lidam com a proteção contra colisão da tocha.

As tochas de plasma geralmente sofrem colisões durante as sequências operacionais. As tochas podem colidir em peças inclinadas, poças de escória ou outros obstáculos inadvertidos deixados no caminho durante o corte. Além disso, a tocha de plasma fica exposta a colisões com as paredes da mesa ao cortar sobre um leito d’água.
Proteger a tocha contra danos causados por colisões é um requisito de qualquer sistema de chanfro a plasma.

O problema é que as dificuldades de proteger contra colisões e ao mesmo tempo manter a precisão e a confiabilidade traz consigo considerações de segurança e produtividade.

Existem dois métodos principais de proteção contra colisão da tocha: separação e acionamento por mola. Os dispositivos de separação são bastante populares e protegem a tocha liberando o suporte do cabeçote em caso de colisão. Os dispositivos acionados por mola vêm em uma variedade de designs, mas basicamente fornecem a mesma função: eles permitem que a tocha se mova durante uma colisão, mas voltam à posição inicial quando a obstrução é eliminada.

Ambos os sistemas sofrem algumas desvantagens comuns. Ambos os métodos introduzem alguma medida de imprecisão e nunca serão reposicionados exatamente no mesmo local. Embora isso geralmente seja tolerável ao cortar peças retas (não chanfradas), a imprecisão induzida no ponto central da ferramenta ao chanfrar geralmente é inaceitável. Na verdade, alguns fabricantes realmente recomendam que o operador realize um procedimento de alinhamento da cabeça chanfrada sempre que a tocha for acionada!

Ambos os sistemas também adicionam complexidade e custo a qualquer cabeçote chanfrado, o que também deve ser levado em consideração na confiabilidade geral do sistema. No entanto, os dispositivos do tipo breakaway apresentam uma preocupação de segurança que deve ser considerada.

Sempre que uma folga da tocha for liberada durante as operações de corte, a tocha desconectada deve ser recolocada manualmente na posição.

Dependendo do tamanho da mesa de corte e onde ocorre a colisão na mesa, uma reinicialização manual pode exigir que o operador subir na mesa para alcançar a tocha. As quedas do operador ao escalar ou caminhar sobre uma mesa de corte são uma das lesões mais perigosas e caras. Mesas de corte são projetadas para suportar chapas, não pessoas. Essas superfícies irregulares e placas parcialmente cortadas expõem o operador a quedas, tropeções, cortes, abrasão, pontos de esmagamento, queimaduras e perigos elétricos - todos os quais podem ser graves ou até fatais. Entre custos médicos diretos, perda de tempo e aumento do seguro, o custo de uma dessas lesões pode facilmente exceder o preço de toda a máquina. Qualquer coisa que possa ser feita para reduzir a necessidade de subir na mesa de corte diminuirá o risco de ferimentos.
Além disso, com um dispositivo de separação, independentemente de o operador subir na mesa ou apenas estender a mão enquanto está no chão, o operador ainda deve tocar fisicamente a tocha de plasma para reiniciar a colisão. Isso também representa um risco à segurança, pois a maioria dos fabricantes de sistemas a plasma recomenda desconectar a alimentação do sistema a plasma antes de tocar na tocha. Poucos operadores farão isso, pois adiciona tempo e inconveniência.

A produtividade também é mais afetada por dispositivos de separação, porque a reinicialização manual da tocha leva mais tempo, causando mais tempo de inatividade do que um dispositivo acionado por mola, que reinicia automaticamente.

CABEÇOTES MODERNOS
A maioria dos sistemas de chanfro modernos introduzidos nos últimos anos usa movimento composto de 5 eixos, que usa dois eixos rotativos simples para inclinar a tocha em qualquer direção. Isso torna o sistema menor, mais leve e elimina problemas associados à rotação da tocha, mas sem a complexidade e o risco de um paralelogramo.
O sistema de movimento composto não precisa girar porque manipula a tocha de maneira diferente. Os dois eixos de inclinação trabalham juntos para posicionar a tocha em qualquer ângulo necessário. Como o equipamento deve ser movido é significativamente mais leve, cada eixo pode ser menor e mais leve do que uma cabeçote rotativo típico. Isso leva a sistemas mais compactos que podem ser montados em pórticos menores, ajudando a reduzir o custo geral do sistema.

Infelizmente, a complexidade geral do sistema ainda permanece alta, pois cada eixo requer um motor, caixa de engrenagens, correia, polias e interruptores de limite.
Os sistemas de movimento composto também oferecem melhor proteção de mangueiras, cabos, cabos de tocha e componentes mecânicos sensíveis. A maioria deles com tampas protetoras.

Além disso, como os sistemas de movimento composto não giram, os cabos da tocha podem ser suspensos por cima para que não caiam perto da chapa onde ficariam mais expostos a danos.

Muitos sistemas de movimento composto também envolvem todos os cabos elétricos em caixas de proteção móveis, como esteiras de cabos ou conduítes flexíveis.
E vários resolvem os problemas de segurança e produtividade associados à proteção contra colisão usando um suporte de tocha estilo robótico. Esses sistemas podem reiniciar automaticamente após uma colisão da tocha, eliminando a necessidade de subir na mesa e reiniciar a tocha. No entanto, mesmo as montagens robóticas ainda podem ter uma imprecisão significativa e nem sempre se encaixam exatamente na mesma posição.