Apresentação Corte Laser

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MQUINAS DE CORTE A LASER

O QUE LASER ???

Laser luzO nome Laser uma sigla formada pelas letras iniciais das palavras Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, que em portugus quer dizer:

Amplificao da Luz por Emisso Estimulada da Radiao

COMO FUNCIONA ????

O uso do laser pode ser entendido mais facilmente se voc imaginar o que acontece quando focalizamos raios de sol atravs de uma lente, para produzir uma fonte concentrada de energia, na forma de calor, sobre uma folha de papel.

Laser um sistema que produz um feixe de luz concentrado, obtido por excitao dos eltrons de determinados tomos, utilizando um veculo ativo. Este feixe de luz produz intensa energia na forma de calor.A incidncia de um feixe de laser sobre um ponto da pea capaz de fundir e vaporizar at o material em volta desse ponto. Desse modo, possvel furar e cortar praticamente qualquer material, independentemente de sua resistncia mecnica.

Excitao: processo em que se transfere energia para um sistema. Veculo ativo: material utilizado para converter energia eltrica em energia de radiao.

Como gerado o laserUm dispositivo chamado soprador faz circular CO2 dentro de uma cmara, como mostra a figura.

Essa cmara tem dois eletrodos ligados a uma fonte de alta-tenso. Esses eletrodos criam um campo eltrico que aumenta a energia do gs dentro da cmara.

Em razo desse acrscimo de energia, os eltrons dos tomos que formam o CO2 se excitam e mudam de nvel orbital, passando a girar em nveis mais externos.

Aps algum tempo, os eltrons voltam ao seu nvel energtico original. Nessa volta, eles tm de eliminar a energia extra adquirida.

Existem duas maneiras de se perder energia:1- Coliso2- Emisso espontnea.

*No primeiro caso por coliso,quando o eltron se choca com outro sua energia consumida.

No segundo caso por emisso espontnea, ocorre uma liberao de energia na forma de luz. Esta luz emitida estimula a emisso contnua, de modo que a luz seja amplificada. Essa luz guiada e novamente amplificada por meio de espelhos, at que no cabeote da mquina, concentrada, atravs de lentes num nico ponto, o foco.

O direcionamento permite a concentrao de energia em um ponto inferior a 0,25 mm de dimetro.

O sistema de corte a laser combina o calor do raio focado com a mistura de gases (dixido de carbono, nitrognio e hlio) para produzir uma potncia que chega a cerca de 3.000 watts por centmetro quadrado, capaz de vaporizar a maioria dos metais. O hlio auxilia ainda na dissipao do calor gerado pelo campo eltrico.

ONDE SO UTILIZADAS AS MQUINAS DE CORTE A LASER???

Atualmente a maioria das industrias utilizam este tipo de mquina para corte de chapas metlicas, embora existam mquinas que se destinem ao corte de tubos, sistemas de laser 3D para peas complexas que exijam cortes tridimensionais e tambm corte de peas no metlicas.

Como funciona as mquinas de corte a laser, onde o material a ser cortado encontra-se em forma de chapas ???

Observe que a chapa colocada sobre uma espcie de cama de pregos, apoiandose em vrios pontos. Sobre ela, o cabeote laser movimenta-se em duas direes: longitudinal e transversal. Esses movimentos so transmitidos por motores eltricos, controlados por computador.

Chapa livremente apoiada

Cabeote do laser

* Pelo cabeote laser flui um gs, chamado gs de assistncia, que tem por funo, entre outras, remover o material fundido e xidos da regio de corte. * O gs normalmente usado para esta finalidade o oxignio, porque ele favorece uma reao exotrmica, isto , libera calor, aumentando ainda mais a temperatura do processo e, por conseqncia, a velocidade de corte.

* Entretanto, o nitrognio pode ser preferido como gs de assistncia quando forem necessrias superfcies livres de xidos, como no corte de aos inoxidveis.

Gs de Assistncia ( Oxignio, Nitrognio ou outros.)

QUAL O COMPRIMENTO MXIMO DE CHAPA PARA O CORTE LASER ???

Comprimento Mximo das chapasO comprimento mximo da chapa definido pelo fabricante e pelo modelo da mquina, a tabela abaixo fornece alguns exemplos comuns que existem no mercado: Bystronic

Qual a espessura mxima da chapa para o corte a laser ???

Espessuras mximas de corteAs espessuras mximas de corte depende muito do tipo de material a ser cortado, modelo da mquina, pureza do gs utilizado na cmara do laser, tipo do gs de assistncia, etc...

Exemplo: Tabela de dados tcnicos de trs modelos de mquina de corte a laser do fabricante Bystronic.

Obs: As espessuras mximas descritas acima j esto em padres elevados para o processo de corte a laser, sendo muito difcil cortar chapas em espessuras superiores mantendo o padro de qualidade esperado pelo laser.

CuriosidadeConforme visto na tabela acima, as mquinas de corte a laser podem cortar chapas de ao-carbono de at 25 mm de espessura. Ao contrrio do que se poderia pensar, sua capacidade de corte de chapas de alumnio, por exemplo, bem menor, corta chapas de 15 mm no mximo. Isso se explica pela tendncia do alumnio ao empastamento e reflexo da luz.

Fatores que afetam o corte a lasera) Os gases para corte a laser so, normalmente, fornecidos em cilindros de gases puros, mas tambm podem ser entregues pr-misturados. As impurezas na mistura de gases podem baixar o desempenho do laser de CO2, diminuindo a potncia de sada, tornando a descarga eltrica instvel ou aumentando o consumo dos gases. b) A potncia do feixe outro fator que determina a capacidade do laser de interagir com o material a ser cortado e iniciar o corte. Em geral, o aumento da potncia permite cortar com velocidades maiores, mantendo a qualidade de corte inalterada, ou cortar materiais de maiores espessuras. c) A velocidade de corte deve ser determinada em conjunto com a potncia e a presso e vazo do gs de assistncia. Valores muito elevados de velocidade tendem a produzir estrias na superfcie de corte, rebarbas na parte posterior da superfcie atingida pela radiao e at mesmo impossibilidade de realizar o corte. Velocidades baixas, por outro lado, produzem um aumento da zona termicamente afetada e um decrscimo na qualidade do corte.

d) O gs de assistncia deve ter vazo suficiente para remover o material fundido, proveniente do corte. Materiais como plsticos, madeiras ou borrachas permitem utilizar vazes mais elevadas.

e) O ponto focal o ponto de concentrao mxima de energia do feixe. No caso de chapas finas, deve ser colocado na superfcie. Se as chapas forem grossas, o ponto focal deve ser ajustado para regies ligeiramente abaixo da superfcie, desde que no ultrapasse 1/3 da espessura da chapa.

Quando usar o corte a laser ?O uso de mquinas de corte a laser recomendado quando as peas apresentarem formas complicadas e for exigido um acabamento de superfcie praticamente livre de rebarbas na regio de corte. Como esse processo no requer estampos de corte, possvel produzir rapidamente lotes pequenos e diversificados. O fato de o laser de CO2 gerar uma imensa intensidade de calor no significa que ele possa vaporizar e cortar todos os metais conhecidos, pois cada material reage de forma diferente a esse tipo de energia. *A seguir so apresentados comentrios sobre o comportamento de alguns materiais em relao ao corte a laser.

Aos no ligados > Podem ser facilmente cortados a laser, principalmente se o gs de assistncia for o oxignio. A qualidade de corte boa, produzindo pequenas larguras de corte e bordas retas, sem rebarbas e livre de xidos. Aos inoxidveis > Chapas finas podem ser cortadas com excelente resultado. No possvel cortar chapas to espessas como as de aos no ligados. Aos-ferramenta > So difceis de cortar por outros mtodos convencionais, por causa do alto teor de carbono, mas apresentam boa qualidade de superfcie, quando cortados a laser. Alumnio e suas ligas > A espessura mxima que pode ser cortada a laser so bem inferiores ao ao, pois, como j foi dito, o alumnio reflete a luz e bom condutor de calor, dificultando a concentrao de energia.

Cobre e suas ligas > Assim como o alumnio, tambm apresenta tendncia a refletir a luz. Para o corte de peas no planas, extremamente importante a proteo contra radiao refletida. Titnio e suas ligas > Pode ser cortado a laser, desde que a zona de corte seja protegida por um gs inerte (CO2 , He, N2), que evita a oxidao pelo ar. Na face posterior do corte deve ser injetado um gs igualmente inerte, que ajuda a eliminar as gotas aderentes de metal fundido. Outros materiais > O laser corta ainda vrios outros materiais no-metlicos como: polmeros, txteis, couro, cermica, rochas etc.

EQUIPAMENTO

DADOS TCNICOS RETIRADOS DO FABRICANTE BYSTRONIC

DADOS TCNICOS RETIRADOS DO FABRICANTE BYSTRONIC

Equipamento de corte a laserOs sistemas de corte a laser no podem ser operados manualmente, pois o processo envolve alta concentrao de energia, uma vez que o feixe deve ser muito concentrado e o corte ocorre a velocidades muito altas. O equipamento mais comum consiste em mesas mveis, com capacidade de movimentao segundo os eixos x, y e z. Os eixos x e y determinam as coordenadas de corte, enquanto o eixo z serve para corrigir a altura do ponto focal em relao superfcie da pea, pois, durante o corte, esta distncia afetada por deformaes provocadas na chapa, pelo calor decorrente do prprio processo.

As coordenadas de deslocamento geralmente so comandadas por um sistema CAD (Computer Aided Design ou, em portugus, projeto assistido por computador), acoplado mesa de corte.

Quem desenvolve o programa de corte das peas ???Geralmente as empresas criam um setor de processo separado da rea de produo, onde desenvolvido o Blank de cada pea e o programa de corte para mquina. possvel utilizar softwares 3D. Exemplo: CATIA, Pro Enginner, SolidWorks, Inventor, etc.. Estes softwares possibilitam o desenvolvimento de peas em ambientes de chapa conhecidos como Sheet metal que possibilitam o clculo do Fator K para futuras operaes de dobra, e tambm verificao de montagem para conjuntos mais complexos. O importante salvar os arquivos do Blank de cada pea em arquivos reconhecidos pelo CAD (dxf , dwg) pois a maioria dos softwares utilizados pelos fabricantes de mquinas a laser trabalham com este tipo de extenso.

Exemplo utilizando SolidWorks

1) Pea desenvolvida em 3D no ambiente de chapas

2) Este o Blank da pea

3) O Blank salvo na extenso dxf

Agora podemos usar o arquivo para gerar o programa de corte a laser. O programa utilizado abaixo o TruTops utilizado pelo fabricante de mquinas Trumpf

4) Abre o arquivo dxf no cad do TruTops

5) Insere dados de material, espessura, etc. e salva como arquivo geo

6) Abre arquivo geo no ambiente de Laser, insere microjuntas, entrada de corte, sequncia, etc. e salva como arquivo gmt

7) No ambiente de nesting insere a pea do arquivo gmt, coloca a quantidade de peas, escolhe o tipo de chapa e comprimento.

8) Ainda no ambiente de nesting, coloca as peas dento da chapa de maneira que faa o melhor aproveitamento de material possvel. Depois salva o trabalho como arquivo job.

9) No ambiente de Laser, abre o arquivo job, escolhe a sequncia de corte das peas, quando necessrio cria um corte retalho para casos onde sobra chapa, salva como arquivo lst para enviar a mquina, e imprime o plano de trabalho para o operador da mquina.

Plano de corte gerado pelo TruTops com informaes para operador, para ser impresso.

O operador consegue visualizar o nesting das peas como imagem no painel da mquina, mas o arquivo lst com as coordenas e parmetros de corte fica conforme abaixo:START_TEXT N10 MSG("NUMERO DO SUBPROGRAMA,SP130_03_12_1") N20G91 N30;(NUMERO DA PECA 1 ) N40TC_POS_LEVEL(40.0) N50;(NMERO DO CONTORNO:1) N60TC_LASER_ON(9,"T2D-7142",10,100);SprintLine N70TC_LASERCORR_ON(T_LEFT) N80X3.334Y-0.285 N90G03X0.299Y0.274I0.023J0.274 N100G03I-3.500 N110TC_LASER_OFF(3);SprintLine_ENDE N120;(NMERO DO CONTORNO:2) N130G01X87.247Y18.551 N140TC_LASER_ON(9,"T2D-7142",10,100);SprintLine N150TC_LASERCORR_ON(T_LEFT) N160X0.112Y4.374 N170G03X-0.275Y0.282I-0.275J0.007 N180G03J-11.000 N190TC_LASER_OFF(3);SprintLine_ENDE N200;(NMERO DO CONTORNO:3) N210G01X-4.371Y58.601 N220TC_LASER_ON(9,"T2D-7142",10,100);SprintLine N230TC_LASERCORR_ON(T_LEFT) N240X-3.014Y3.172 N250G03X-0.393Y0.005I-0.199J-0.189 N260G03I7.778J-7.778 N270TC_LASER_OFF(3);SprintLine_ENDE N280;(NMERO DO CONTORNO:4) N290G01X-51.859Y53.884 N300TC_LASER_ON(9,"T2D-7142",10,100);SprintLine N310TC_LASERCORR_ON(T_LEFT) N320X-4.373Y0.113 N330G03X-0.282Y-0.275I-0.007J-0.275 N340G03I11.000 N350TC_LASER_OFF(3);SprintLine_ENDE N360;(NMERO DO CONTORNO:5) N370G01X-26.425Y11.304 N380TC_LASER_ON(9,"T2D-7142",10,100);SprintLine N390TC_LASERCORR_ON(T_LEFT) N400X3.334Y-0.285 N410G03X0.299Y0.274I0.023J0.274 N420G03I-3.500 N430TC_LASER_OFF(3);SprintLine_ENDE N440;(NMERO DO CONTORNO:6) N450G01X119.742Y-17.869 N460TC_LASER_ON(9,"T2D-7142",10,100);SprintLine N470TC_LASERCORR_ON(T_LEFT) N480X-4.366Y0.274 N490G03X-0.292Y-0.274I-0.017J-0.274 N500G01Y-130.924 N510G03X0.500Y-0.500I0.500 N520G01X187.000 N530G03X0.500Y0.500J0.500 N540G01Y152.000 N550G03X-0.500Y0.500I-0.500 N560G01X-187.000 N570G03X-0.500Y-0.500J-0.500 N580G01Y-21.076 N590TC_LASER_OFF(3);SprintLine_ENDE N600;(NMERO DO CONTORNO:7) N610X215.837Y3.731 N620TC_LASER_ON(9,"T2D-7142",10,100);SprintLine N630TC_LASERCORR_ON(T_LEFT) N640X-0.112Y-4.373 N650G03X0.275Y-0.282I0.275J-0.007 N660G03J11.000 N670TC_LASER_OFF(3);SprintLine_ENDE N680;(NMERO DO CONTORNO:8) N690G01X4.601Y-49.629 N700TC_LASER_ON(9,"T2D-7142",10,100);SprintLine N710TC_LASERCORR_ON(T_LEFT) N720X3.172Y3.013 N730G03X0.005Y0.394I-0.189J0.199 Continua.......

Exemplo de conjuntos onde o Blank das peas foram desenvolvidos no SolidWorks e depois foram cortados no Laser.

Caterpillar

Chassi AGCO

Radiador Modine

Fotos de alguns projetos cortados a laser

Grade de Proteo Radiador

DISPOSITIVOSSistema automtico para abastecimento de chapa

A chapa pode ficar solta na mesa. sem uso de garras

Dispositivos utilizados para corte de tubos

FIM