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Corte de chapa: El proceso correcto para cortar metal

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Para que un trozo de metal se convierta en un producto, al final habrá que cortarlo. Tan diversos como son las formas del metal, también lo son los procesos de corte. En este artículo le ofrecemos una visión general de lo que es relevante para el procesado industrial de chapa metálica.

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Ya se trate de materiales finos o gruesos, personalizados o producidos en serie, los requisitos para cortar metal pueden variar enormemente. Varios procesos posteriores también dependen de ello. En la industria de procesamiento y fabricación de metales, la eficiencia es muy importante. Por eso, las herramientas de corte manuales, como las tijeras de hojalatero, no desempeñan prácticamente ningún papel.

Si se clasifican los procesos de corte en función del grosor de las chapas, el oxicorte autógeno ocupa el primer lugar. Este proceso se utiliza para aceros no aleados y de baja aleación con un espesor de medio a grande. También es popular por su rentabilidad para espesores de chapa a partir de 50 mm. Para espesores de chapa superiores a 250 mm no existe actualmente ningún método de corte alternativo.

En el oxicorte, una llama calienta el material en la superficie hasta que alcanza su temperatura de ignición (entre 1150 y 1250 °C para el acero dulce). El metal arde gracias al aporte de oxígeno. El calor de la combustión calienta a su vez el material subyacente hasta alcanzar la temperatura de ignición. Esto permite que el proceso continúe automáticamente (de forma autógena) en las profundidades. El óxido de hierro no quemado se vuelve líquido y sale de la junta con el oxígeno de corte. Puede depositarse como escoria en la parte inferior del material.

Dado que el oxicorte autógeno funciona mal o no funciona en absoluto con materiales como los aceros de alta aleación, el aluminio o el cobre, se desarrolló el corte por fusión con plasma (o corte por plasma para abreviar). El proceso crea una tormenta en la chapa: en la naturaleza, una tormenta produce ozono (O3) como gas de plasma cuando un arco se descarga eléctricamente. Esto se puede oler como "aire limpio" después de una tormenta eléctrica.

El plasma es un gas conductor de la electricidad. El corte por plasma utiliza el contenido de calor del plasma para licuar el material en un punto específico. A continuación, la elevada energía cinética del flujo volumétrico del gas plasma expulsa el material licuado.

El corte en el metal se realiza soplando la sangría y la velocidad de alimentación del cabezal de corte. Los espesores de material típicos para el corte por plasma se sitúan aproximadamente entre 0,5 y 160 mm. Gracias a sus altas velocidades de corte, el proceso se ha establecido también en ámbitos de aplicación reservados hasta ahora al corte por llama.

Si desea utilizar chapas más finas para el corte, el estampado es un proceso importante. Se utiliza para producir piezas planas o para introducir formas y contornos en una chapa. Las piezas estampadas se fabrican industrialmente en una máquina de estampación con ayuda de herramientas de estampación. Esta última consta de dos partes, la prensa y la matriz, que tiene una abertura que coincide con la prensa. Durante el proceso de estampación, la prensa se mueve linealmente y se sumerge en la matriz. Los bordes del punzón y la matriz se mueven en paralelo, separando la chapa.

En el conformado de chapa, el resultado del proceso de estampado no es un corte continuo, aunque a veces lo parezca. Más bien, las fuerzas con las que la prensa de estampación presiona sobre el material cortan en la zona superior. En la zona inferior, el material se rompe cuando el punzón sale del material.

Debe haber un espacio de corte entre el filo de corte del punzón y el filo de corte de rotura del inserto. Su tamaño depende de la resistencia y el grosor del material. Normalmente, la separación de corte alcanza entre el 2 y el 5% del grosor del material. El tamaño de la ranura de corte influye en varios factores, incluida la altura de la rebaba en la pieza cortada.

Un caso especial de punzonado es el llamado mordentado. En este proceso, se utiliza una herramienta de punzonado abierta por un lado para alinear muchos agujeros en el borde de una chapa. A diferencia del troquelado y el cizallado convencionales, permite una línea de separación y una conformación libre o un proceso de corte independiente de la herramienta. La herramienta puede moverse en todas direcciones y crear así formas complejas.

Una ventaja de la estampación es que puede utilizarse para producir de forma eficiente muchas piezas similares. Sin embargo, los costes de utillaje tienen un efecto negativo en las series más pequeñas o en las piezas individuales. Por este motivo, el corte por láser se ha consolidado en la transformación de chapas metálicas. Los rayos láser utilizados para ello están formados por ondas electromagnéticas. El rayo láser puede calentar y ablacionar casi cualquier material, lo que en física se denomina ablación.

Estrictamente hablando, en el proceso de corte por láser se producen dos procesos simultáneos: En primer lugar, el material en el frente de corte absorbe el rayo láser y se calienta. En segundo lugar, el gas de soplado expulsa el material ablacionado fuera de la ranura de corte, protegiendo así también la óptica de enfoque de vapores y salpicaduras. Dependiendo de si el material se retira de la ranura como líquido, producto de oxidación o vapor, se distingue entre corte por fusión con rayo láser, corte por llama con rayo láser y corte por sublimación con rayo láser. Esto también tiene consecuencias para la formación de rebabas. En el corte por llama láser, los bordes cortados también presentan una capa de óxido tras el proceso, que debe eliminarse.

El corte por láser funciona hasta un grosor de material de unos 40 mm, con acero inoxidable hasta unos 50 mm y con aluminio hasta 25 mm. Sin embargo, este último material es difícil de cortar porque refleja gran parte de la radiación láser y porque su alta conductividad térmica disipa mucha energía del hueco de corte. Lo mismo ocurre con el cobre.

El corte por chorro de agua es más bien un nicho en el trabajo de la chapa. En este caso, se utiliza un chorro de agua con una presión de 4000 bares y una velocidad de 900 m/s para cortar el metal.

La eliminación de material en este proceso se basa en la alta presión que el chorro provoca en la superficie del material. El chorro de agua sólo elimina las partículas microscópicas cercanas a la superficie. El agua que sale provoca además fuerzas de cizallamiento, que también contribuyen a la eliminación de material.

La ventaja del corte por chorro de agua es que sólo depende de la presión y no de la energía térmica. Esto se debe a que el calor de procesos como el oxicorte, el corte por plasma o por láser puede deformar las piezas.

Otro proceso de corte de metal poco común en la fabricación de chapas metálicas es el fresado. La herramienta de fresado elimina el material girando alrededor de su propio eje a gran velocidad. En el proceso, la herramienta recorre el contorno deseado o se desplaza la pieza de trabajo. En el proceso, la fresadora elimina virutas de la pieza en bruto para producir la forma.

Por muy común que sea el fresado en la fabricación industrial, suele ser la excepción en la fabricación de chapas metálicas para producir el contorno. Sólo se encuentra en la construcción aeronáutica y la tecnología médica, y a veces en la producción de paneles frontales de aluminio.

Como en todos los procesos de mecanizado, durante el fresado también se producen rebabas que hay que eliminar.