Corte de metal de precisão: tolerâncias, escolha de processo e guia de qualidade de corte

Uma loja que produz 5.000 peças de tubos de aço inoxidável com espessura de parede de 4mm pode perder uma semana para um número. Se a extremidade cortada ficar fora de uma janela de 0,15mm, a estação de dobra atrás dela não poderá fechar a lacuna e as peças retornarão para uma bancada para lixamento manual. A serra estava afiada, o programa estava correto e a máquina tinha apenas dois anos. A perda veio do tratamento do corte, chanframento e rebarbação como três decisões separadas, em vez de uma cadeia de processo.

O corte preciso de metal é mais fácil de gerenciar quando é definido como quatro resultados mensuráveis: tolerância dimensional, largura do corte, altura da rebarba e entrada de calor. Cada processo de corte mantém alguns desses números facilmente e outros apenas com manuseio extra. A questão útil não é qual máquina parece mais precisa em um folheto, mas qual processo contém os números sem os quais sua próxima operação não sobreviverá.

O que o corte de precisão de metal realmente controla

Quatro resultados decidem se um corte é bom o suficiente e cada um é medido com um instrumento diferente em um ponto diferente do ciclo.

• Tolerância dimensional: a distância que a face acabada pode ficar da dimensão de impressão, medida depois que a peça esfriou até a temperatura ambiente.
• Largura do Kerf: o material que o corte remove, o que define a eficiência do agrupamento e decide se uma única passagem pode finalizar a peça no tamanho certo.
• Altura da rebarba: o metal em relevo deixado na borda de saída, medido em mícrons, que determina se a próxima estação é uma rebarbadora ou uma lima manual.
• Entrada de calor: o tamanho da zona afetada pelo calor, que altera a dureza local e pode puxar uma extremidade fina do tubo para fora do círculo.

As faixas abaixo são resultados de produção típicos, e não os máximos do catálogo, e se sobrepõem mais do que a maioria das cotações sugere.

A coluna que geralmente decide um projeto não é a tolerância, mas a zona afetada pelo calor, pois uma face de corte endurecida se comporta de maneira diferente na matriz de dobra mesmo quando a dimensão é perfeita.

A tolerância é onde a maioria dos projetos são ganhos ou perdidos

Peça a três fornecedores que cotem o mesmo tubo inoxidável e os números de tolerância ficarão próximos no papel. Colocados em uma escala, eles não estão nada próximos.

Figura 1. Faixas de tolerância alcançáveis pelo processo de corte em aço macio e inoxidável de 1 mm a 6 mm, retiradas de testes de produção e não de máximos de catálogo.

O gráfico de barras mostra que a diferença entre o processo mais apertado e o mais solto no mesmo tubo é de aproximadamente vinte para um. O corte a laser de fibra mantém uma janela próxima de mais ou menos 0,05 mm em aço inoxidável fino, e é por isso que geralmente alimenta diretamente uma estação de dobra ou formação de extremidade sem uma operação intermediária. A serragem a frio de precisão fica em cerca de mais ou menos 0,10 mm e atinge esse valor sem entrada de calor, de modo que a face cortada permanece metalurgicamente inalterada. O jato de água atinge a tolerância da serra e adiciona a capacidade de cortar folhas empilhadas e seções grossas em uma única passagem. O plasma, com mais ou menos 0,25 mm e mais largo em material de 4 mm, é um processo produtivo para trabalhos estruturais e caro quando uma segunda operação tem que corrigir o corte. A regra prática é especificar a tolerância que a operação downstream mais rigorosa pode aceitar e, em seguida, escolher o processo que a mantém sem trabalho manual.

A velocidade de corte cai rapidamente à medida que a espessura da parede aumenta

A velocidade é o primeiro número que os compradores comparam e aquele que envelhece mais rapidamente quando a mistura de materiais muda.

Figura 2. Velocidade de corte típica para três processos à medida que a espessura da parede aumenta em aço inoxidável, com cada linha mostrando o mesmo tipo de material mantido constante.

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O gráfico de linhas ressalta um ponto que os folhetos de equipamentos tendem a ocultar: o corte a laser perde velocidade rapidamente à medida que a espessura da parede aumenta, porque o feixe precisa remover um volume maior de material a cada passagem. A 1 mm, a linha do laser começa muito acima das outras e, a 5 mm, caiu para cerca de um quarto da sua taxa de parede fina, com o plasma quase a alcançá-la. O jato de água fica baixo e quase plano, portanto sua desvantagem relativa é menor em materiais espessos, duros ou sensíveis ao calor. Esse ponto de cruzamento, e não a velocidade da manchete, decide qual máquina ocupa seu espaço. Quando a maior parte do trabalho fica abaixo de 3 mm de parede, o laser mantém o tempo de ciclo curto; quando a mistura atinge 5 mm ou mais em aço inoxidável ou alumínio, uma serra ou um jato de água geralmente termina a peça mais cedo, uma vez contado o manuseio na segunda passagem. Em uma linha automatizada, o efeito aumenta, porque uma primeira estação lenta define o takt para cada estação atrás dela.

Para trabalhos em tubos e perfis, a aresta de corte é tão importante quanto o tempo de ciclo, uma vez que uma zona estreita afetada pelo calor é o que mantém intacta uma face final moldável. A mecânica por trás dessa vantagem é abordada em nosso guia para o que o corte a laser faz com a borda cortada .

O corte mecânico ainda vence em extremidades quadradas e custo por peça

Uma serra fria de precisão não precisa de um feixe ou fluxo de granada para segurar mais ou menos 0,10 mm no tubo e, para muitas peças, esse número é suficiente. Ele também produz uma extremidade quadrada e sem rebarbas que uma estação de dobra ou formação de extremidade pode aceitar sem uma segunda máquina.

• Seleção de lâmina: as lâminas com ponta de metal duro mantêm o tamanho do tubo inoxidável, enquanto as lâminas revestidas ou de cermet são adequadas para ligas mais duras e maiores volumes de produção.
• Fixação: um tubo que se desloca 0,05 mm durante a entrada da lâmina produzirá uma conicidade que nenhum ajuste posterior pode remover.
• Avanço e velocidade: correr muito rápido queima a borda da lâmina e aumenta a altura da rebarba, portanto os parâmetros são mais importantes do que a marca da lâmina.
• Parada de comprimento: um avanço servo-controlado mantém o comprimento repetido muito melhor do que uma parada manual, especialmente em peças acima de 1.500 mm.

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A compensação é o corte. Uma serra remove de dois a três milímetros de material por corte, o que é importante quando o tubo bruto é caro, portanto, o agrupamento e o planejamento de remanescentes pertencem à mesma conversa que a escolha da máquina.

Rebarbas e calor: o custo oculto de um corte rápido

Um corte que atenda à impressão ainda pode falhar na meta de custo se cada peça precisar de limpeza manual antes da montagem.

Figura 3. Rendimento na primeira passagem medido como a proporção de peças cortadas que saem da estação de corte sem retrabalho manual, amostradas durante uma semana completa de produção.

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O rendimento da primeira passagem no gráfico conta apenas as peças que saem da estação de corte sem retrabalho manual. O corte a laser lidera em 97% porque o feixe remove o material em vez de cortá-lo, deixando uma rebarba pequena e consistente no lado de saída. Uma serra a frio de precisão bem ajustada atinge cerca de 94%, e a maior parte de suas perdas deve-se ao desgaste da lâmina e não ao processo em si. O jato de água fica logo atrás, com 95 por cento, com a ressalva de que a granulação abrasiva e a conicidade devem ser gerenciadas em seções espessas. O plasma e o oxicombustível perdem dez pontos ou mais porque a remoção de escória e a limpeza das bordas são rotineiras e não ocasionais. A diferença tem peso comercial: com 10.000 peças por ano, uma diferença de rendimento de três pontos equivale a 300 viagens extras até uma bancada de rebarbação, e essa mão de obra raramente aparece na cotação da máquina.

Combinando o processo com a peça

A maioria das lojas não precisa de um processo perfeito. Eles precisam do menor conjunto de processos que cubra cada parte que citam.

Figura 4. Comparação de radar de três processos de corte pontuados de 0 a 100 nos critérios que os compradores avaliam com mais frequência quando uma nova máquina é especificada.

A visualização do radar traça três escolhas comuns em relação a cinco atributos que os compradores realmente avaliam. O corte a laser tem a maior pontuação em tolerância e acabamento de borda, enquanto sua pontuação em aporte térmico é a mais fraca das três, porque cada corte deixa uma zona afetada pelo calor. A serragem a frio de precisão produz a forma mais equilibrada do gráfico: forte em tolerância, velocidade e custo por peça, e efetivamente neutra em calor. O jato de água se iguala à serra em termos de calor e qualidade da borda, mas cai drasticamente na velocidade de corte, que é o trabalho que ela faz para cortar quase qualquer material sem danos térmicos. Nenhum processo preenche todo o pentágono, razão pela qual as oficinas mistas costumam manter mais de um método de corte no chão. O padrão certo é aquele que cobre os atributos que seus próprios relatórios de inspeção medem semanalmente.

Especificando uma máquina de corte sem arrependimento

Uma máquina de corte é comprada para os próximos cinco anos de peças, não para a peça de demonstração no showroom. Cinco questões separam uma compra durável de uma lição cara.

1. Que tolerância a máquina mantém para a espessura e o material de parede mais comuns, medidos durante um turno completo em vez de em uma única amostra?
2. Quais processos ficam internos e quais são subcontratados? Usinagem, soldagem e montagem feitas internamente geralmente significam iteração mais rápida quando um acessório ou programa precisa ser alterado.
3. Quanto custa a mudança em tempo e quantos minutos se passam antes que a primeira peça boa seja carregada após o carregamento de um novo programa?
4. O que inclui o teste de aceitação e quem assina o relatório de medição antes do envio?
5. Qual é o prazo de entrega cotado e qual compromisso de serviço segue a instalação?

A Gipfel Precision Machinery fabrica equipamentos para corte, chanframento, dobra e formação de extremidades de tubos em Nantong, China, e mantém o desenvolvimento de software, usinagem de precisão, soldagem, montagem e testes FAT e SAT dentro de suas próprias instalações, em vez de terceirizá-los. A empresa cita uma janela de entrega estável de 90 a 120 dias, trabalha com uma equipe de pesquisa com mais de 50 patentes de design nacionais e oferece suporte às máquinas durante toda a sua vida útil. Se as pontas cortadas vão direto para uma linha de dobra ou formação de extremidade, um teste de viabilidade em seu próprio material vale mais do que qualquer figura de catálogo: envie-nos seu desenho e janela de tolerância e diremos qual processo o mantém e qual não.

O corte é o lugar mais barato para resolver um problema de tolerância e o lugar mais caro para descobrir um. Cada operação posterior herda tudo o que a estação de corte produz, portanto, uma decisão que economize alguns segundos por peça na serra ou no laser pode adicionar minutos na bancada de rebarbação e horas na inspeção final.

Comece com os quatro números, não com a máquina. Confirme-os no seu próprio material, na sua espessura de parede, com o seu próprio acessório. O processo que mantém todos os quatro sem trabalho manual é aquele que vale a pena comprar, mesmo quando um concorrente tem um valor melhor no papel.