Guía Profunda de Máquinas de Corte por Plasma CNC: Características, Beneficios y Aplicaciones

Los Fundamentos

Una máquina de corte por plasma CNC, también conocida como cortadora por plasma CNC, se usa comúnmente para cortar metales para una amplia variedad de propósitos. La máquina CNC de plasma es la máquina que aplica el enfoque de corte por plasma en mecanizado CNC. En una operación de mecanizado CNC convencional, brocas o herramientas de corte se usan para cortar las piezas de trabajo o remover las partes no deseadas de las piezas de trabajo por la fuerza física de perforar, penetrar o rebanar. Por otro lado, una máquina CNC de plasma no usa herramientas de corte convencionales sino un chorro de plasma caliente en su lugar.

Estos tipos de máquinas son especialmente adecuadas para operaciones de mecanizado que involucran materiales eléctricamente conductores. Por ejemplo, materiales como acero, acero inoxidable, aluminio, latón o cobre pueden ser cortados por una antorcha de plasma. Hay más materiales metálicos que pueden cortarse con máquinas CNC de plasma. El corte por plasma también puede aplicarse en otros entornos industriales como fabricación, reparación y restauración de autos, construcción, etc.

¿Qué es el Plasma?

El plasma es considerado el cuarto estado de la materia aparte de sólido, líquido y gas. Como sabemos, una materia cambia su estado de uno a otro a través del cambio de temperatura, calentamiento o enfriamiento. La naturaleza del cambio de temperatura es la dinámica de energía. La regla básica va así: cuando una materia sólida se calienta, se derrite gradualmente y se vuelve líquido. Cuando se calienta más, el líquido se evapora en gas. Entonces, ¿dónde está el plasma en esto?

Para ponerlo simple y directo, cuando el gas o el vapor se calienta aún más, el gas se ioniza y se vuelve eléctricamente conductor y se vuelve plasma. Un cortador de plasma transfiere la energía del gas eléctricamente conductor a los materiales eléctricamente conductores, las piezas de trabajo de metal. El proceso que transfiere energía del plasma a las piezas de trabajo causa la remoción de las partes que el plasma contacta.

La forma en que las partes de las piezas de trabajo son removidas o disecadas por plasma es más similar a la del mecanizado por descarga eléctrica o el corte por láser que el mecanizado CNC tradicional. En lugar de diseccionar físicamente las partes de la pieza de trabajo, el plasma derrite o evapora las partes. El corte por plasma es considerado como una de las medidas de corte de precisión en mecanizado CNC.

Construcción y Principio de Funcionamiento

Hay tres componentes esenciales de una máquina CNC de plasma: la fuente de alimentación, la consola de arranque de arco de plasma, y la antorcha de plasma. La fuente de alimentación de un cortador de plasma convierte el voltaje AC en un voltaje DC constante que varía de 200 a 400 VDC. El voltaje DC tiene que ser constante para mantener el arco de plasma durante el proceso de corte. El sistema de fuente de alimentación también controla la salida de corriente basada en la cantidad que necesita para cortar a través de ciertos tipos y espesores de materiales. Cuanto más grueso o rígido es la pieza de trabajo, mayor salida de corriente eléctrica se requiere.

Una máquina CNC de plasma típicamente lleva una antorcha de plasma, y la antorcha puede moverse en una ruta dirigida por una computadora. El término "CNC" se refiere a "Control Numérico por Computadora", significando que una computadora se usa para dirigir el movimiento de la máquina basado en códigos numéricos en un programa.

La antorcha de la máquina de corte por plasma CNC puede cortar acero, acero inoxidable, aluminio, latón y cobre, así como otros metales conductores. A menudo se despliega en talleres de fabricación, talleres de reparación y restauración automotriz, construcciones industriales, o operaciones de salvamento y chatarra.

Debido a la alta velocidad y naturaleza precisa de estos cortadores, la utilización del corte por plasma ha sido generalizada desde aplicaciones CNC industriales a gran escala hasta pequeños talleres de aficionados. Pero hay incluso más componentes cruciales que vale la pena ver:

• Antorcha y Controlador de Antorcha: Para cortar partes de placas de metal, el CNC dirige el movimiento de la antorcha. Un programa de parte es entonces responsable de decirle a la antorcha cuándo encender y apagar. Estos programas de parte son normalmente creados por un software referido como "post-procesador", que puede tomar una geometría de parte de un archivo CAD y traducirla a un lenguaje (usualmente referido como M-códigos y G-códigos) que el CNC puede leer.
• Sistema de Accionamiento: Una máquina de corte por plasma CNC también incluye un sistema de accionamiento que comprende amplificadores de accionamiento, motores, codificadores y cables. Hay al menos dos motores para el eje X y el eje Y, respectivamente. Luego hay un amplificador de accionamiento para cada motor, que toma una señal de baja potencia del CNC y la transforma en una señal de alta potencia para iniciar el motor. Cada eje incorpora un mecanismo de retroalimentación, típicamente un codificador, que genera una señal digital para indicar qué tan lejos ha viajado el eje. Los cables luego dirigen la potencia al motor desde el amplificador y llevan las señales de posición del codificador de vuelta al CNC.
• Sistema E/S: El cortador por plasma CNC tendrá un sistema eléctrico que se encarga de las entradas y salidas. Esto es esencialmente cómo el plasma es encendido por el CNC en el momento óptimo. Por ejemplo, esto puede hacerse encendiendo una salida que cierra un relé. El CNC del cortador de plasma usa entradas como indicador de cuándo el arco de plasma ha iniciado y está listo para moverse. Esos son las entradas y salidas más fundamentales requeridas, pero obviamente puede haber muchas más.

Muchas otras características pueden suplementarse al cortador por plasma CNC, como sistemas de control de altura de voltaje de arco, sistemas de bisel de plasma, sistemas de control de plasma integrados, y así sucesivamente. Sin embargo, los fundamentos de un cortador por plasma CNC descritos arriba serán comunes a todas tales máquinas, desde la más simple a la más complicada.

Principio de Funcionamiento Explicado

Como se mencionó arriba, el gas de plasma es actuado por los arcos que son generados por el electrodo de la fuente de alimentación. El primero es el arco piloto y seguido por el arco principal.

Cuando la fuente de alimentación opera, aplicaría el voltaje negativo al electrodo, que es el cátodo del circuito de arco piloto. Luego un voltaje positivo temporal fue colocado en la boquilla, que es el ánodo del circuito de arco piloto, y el arco piloto sería entonces iniciado. A medida que el arco piloto fluye a través de la apertura de la boquilla a la pieza de trabajo, el circuito de arco principal sería generado y la operación de corte real sería impulsada para aumentar a amperaje de corte óptimo.

Cuando la boquilla es abierta por el arco principal, la máquina de plasma produciría plasma hasta 20,000°C y se movería hacia la pieza de trabajo. Una vez que el calor es dado a la pieza de trabajo, la pieza de trabajo localizada comienza a derretirse por el gas de plasma vaporizado. Después de que la pieza de trabajo localizada está completamente debilitada, las partes deseadas del material en la pieza de trabajo comenzarían a ser removidas. En ese momento, la corriente y la boquilla controlarían el flujo del gas de plasma, para perseguir los cortes más precisos y reducir la deformación de los productos.

Cuando todo está listo, la antorcha de la máquina de plasma seguiría las instrucciones del programa CNC, para moverse a través de la superficie de la pieza de trabajo con velocidad apropiada y movimiento requerido. Después de eso, los cortes deseados serían hechos en la pieza de trabajo con la precisión óptima y acabados suaves como necesarios.

Ventajas y Costos

Las máquinas de plasma controladas por CNC aseguran la precisión óptima de las partes finales. Además, incluso los materiales más gruesos pueden procesarse simplemente por el ajuste de la fuente de alimentación. Por lo tanto, pueden usarse en una variedad de aplicaciones. Además, los cortadores de plasma permiten costos de equipo y operativos más bajos, lo que lo hace una máquina de corte con alto valor y efectividad.

Costos

Los cortadores por plasma CNC, particularmente las antorchas, una vez fueron bastante caros. Por esta razón, usualmente solo se encontraban en talleres de soldadura profesionales y garajes y talleres privados muy bien equipados. Sin embargo, las antorchas de plasma modernas se están volviendo más baratas y ahora están dentro del rango de precio de muchos aficionados, que puede ser menos de $300.

Las unidades más antiguas pueden ser muy pesadas, pero aún portátiles, mientras que algunas más nuevas con tecnología inversora pesan solo un poco, pero igualan o exceden las capacidades de las más antiguas.

Seguridad del Operador para Mecanizado Relacionado con Plasma

Para asegurar la seguridad de aquellos operando un cortador por plasma CNC, protección ocular adecuada y protectores faciales son necesarios para prevenir daño ocular (ej. ojos de arco) así como daño de desechos.

Guantes de cuero, un delantal y una chaqueta también se recomiendan para prevenir quemaduras de chispas y metal caliente. Trabajar en un área limpia libre de líquidos inflamables, materiales y gases es muy importante. Chispas y metal caliente de un cortador de plasma pueden causar incendios rápidamente si no están aislados de objetos inflamables.

Los cortadores de plasma pueden enviar chispas calientes volando hasta 5 pies de distancia en ciertas situaciones. El operador de la máquina es típicamente ciego a cualquier incendio que haya comenzado porque están detrás de su protector facial. Tome precauciones de seguridad para asegurar que su área de trabajo esté libre de peligros de incendio.