Qualità del foro

Molte officine di produzione spendono tempo e denaro nella rilavorazione dei pezzi tagliati su una macchina al plasma per rimuovere la bava o per correggere le imprecisioni delle dimensioni. In questo documento vogliamo affrontare le variabili critiche del processo che influiscono sull’accuratezza delle dimensioni di un pezzo tagliato con il plasma. Controllando con attenzione alcune variabili, l’operatore ha la possibilità di ridurre o eliminare i problemi relativi alle dimensioni e i relativi costi causati da operazioni secondarie o da materiali di scarto.

Piccoli fori e forme intricate come scanalature, angoli appuntiti e raggi stretti presentano delle difficoltà particolari per l’operatore della macchina PAC – Controllore dell’Arco Pilota. In questo ambito, un piccolo foro può essere definito come un foro qualunque con un diametro inferiore a 1,5 x spessore del materiale. Non solo è più difficile tagliare questo tipo di forme in maniera pulita con i sistemi convenzionali ma è più difficile anche eseguire lavorazioni ulteriori sui punti fuori tolleranza. L’alesaggio di fori sottodimensionati o non cilindrici e la molatura negli angoli stretti per rimuovere la bava non è né entusiasmante né conveniente.

Molte officine risolvono questi problemi acquistando macchine da taglio con alte tolleranze molto costose o sistemi laser ancora più costosi. Però, con una macchina da taglio plasma in buono stato di manutenzione e una torcia convenzionale è possibile ottenere tagli con tolleranza quasi massima con un’attenta programmazione e una buona comprensione delle variabili della qualità di taglio.

I fori per bulloni devono essere cilindrici

Il diametro del foro sulla sommità e sul fondo deve essere quasi uguale, allo scopo di assicurare un accoppiamento adeguato con il bullone. Un parametro critico che influisce sulla cilindricità del foro è la velocità di taglio. I programmatori inseriscono la velocità di taglio come unità lineare in pollici al minuto (poll/min) o millimetri al minuto (mm/min), ma durante il taglio circolare la torcia deve rallentare per compensare il ritardo naturale dell’arco plasma durante il taglio. La maggior parte dei controlli CNC compensano automaticamente questo fenomeno con un algoritmo che scompone in fattori la velocità di taglio dei fori. Noto come limitazione centripeta, questo calcolo considera la lunghezza del raggio, l’accelerazione della torcia e la velocità angolare minima per regolare la velocità di taglio effettiva intorno a una sezione circolare. Il programmatore o l’operatore possono essere in grado di regolare la velocità lineare in aumento o in diminuzione per ottimizzare la velocità di taglio circolare effettiva per una cilindricità migliore. Questo implica una programmazione diversa, velocità di taglio inferiori per fori per bulloni piuttosto che per tagli rettilinei sullo stesso pezzo.

Altezza di taglio o impostazione della tensione

L’altezza di taglio o l’impostazione della tensione è un altro parametro che influisce sulla qualità di taglio dei fori per bulloni. Per i fori di piccole dimensioni, l’altezza di taglio deve rimanere costante lungo tutto il taglio. Con un controllo di altezza torcia (THC) regolato con la tensione, l’altezza di taglio è determinata dalle impostazioni di tensione d’arco in genere di 100–180 V. In base alla capacità di risposta del sistema, l’utilizzo del THC per fori di piccole dimensioni potrebbe peggiorare anziché migliorare la qualità di taglio. Può essere necessario bloccare il THC durante il taglio di piccoli pezzi per evitare che la torcia tagli troppo in alto o troppo in basso e per evitare che la torcia esegua un avvicinamento veloce anomalo alla fine del taglio. Il THC può essere bloccato passando in modalità manuale dopo il completamento dello sfondamento o riprogrammando il pezzo per specificare il rallentamento sull’angolo senza THC durante il taglio dei fori. Controlli di altezza torcia più nuovi e con una maggiore capacità di risposta possono essere di supporto per difetti causati da un’altezza di taglio non adeguata.

Programmazione dell’attacco e dell’uscita del taglio

Il tipo e la dimensione dell’attacco e dell’uscita del taglio possono influire notevolmente sulla qualità di taglio, soprattutto per i fori per bulloni e per le scanalature. Due difetti comuni sono crepe e protuberanze. La crepa si verifica quando l’arco rimuove troppo materiale alla fine del taglio. Mentre l’arco plasma attraversa la larghezza dell’attacco del taglio – il materiale rimosso dall’inizio del taglio – si trasmette sulla parte rimasta provocando una piccola intaccatura o, a volte, un’area svuotata un po’ più ampia. Questo comporta che il foro non sia circolare.

La protuberanza si verifica quando l’attacco e l’uscita del taglio non si sovrappongono correttamente. Una parte del materiale del foro non viene rimossa completamente lasciando una protuberanza di materiale non tagliato che impedisce al foro di accettare un bullone.

Trovare un attacco e un’uscita del taglio adeguati per ridurre crepe e protuberanze sui punti di inizio e fine può essere impegnativo. L’operatore può utilizzare un processo di prova ed errore per trovare la combinazione adeguata. In genere un attacco di taglio arrotondato con un’uscita del taglio molto piccola o negativa (sovrabruciatura negativa) sulla parte rimasta produce il foro di qualità migliore. A volte un attacco del taglio rettilineo va meglio con un’uscita del taglio piccola (sovrabruciatura positiva).

L’attacco del taglio con spirale verso l’esterno è un design speciale che può essere molto efficace per il taglio dei fori. (Nota: questo è diverso dall’attacco di taglio di bloccaggio usato nell’ossitaglio, in genere non è usato per il taglio plasma). L’attacco del taglio a spirale verso l’esterno consente alla macchina di raggiungere la piena velocità e all’arco di stabilizzarsi prima di eseguire il taglio del perimetro del foro, offrendo il movimento macchina più fluido per tutto il taglio.

Dimensione e amperaggio dell’ugello

In generale, un ugello piccolo con un amperaggio inferiore e velocità ridotta produce una larghezza del taglio inferiore e un taglio più sottile.

Per esempio, con un sistema al plasma da 200 A, la potenza massima – 200 A, orifizio da 2 mm, larghezza del taglio 3 mm – potrebbe non essere adatta per il taglio di piccoli fori per bulloni e dettagli complessi.

Supponiamo che il foro da tagliare sia un foro preciso da 12 mm  su acciaio al carbonio da 12 mm. Un ugello da 100 A con un orifizio più piccolo, 1-1/2 mm e una larghezza del taglio da 2 mm, che taglia a una velocità inferiore può produrre un taglio più sottile.

Per ottenere il taglio migliore con un determinato ugello, è necessario impostare sempre l’amperaggio tra il 95 e il 100% della potenza nominale dell’ugello. Lo svantaggio: durata ridotta dei consumabili e velocità di taglio inferiori. Il vantaggio: un pezzo quasi totalmente rifinito con rilavorazione minima.

Quando usare il plasma ad alta tolleranza

Il plasma ad alta tolleranza utilizza un ugello con un orifizio piccolo e un vortice di gas intenso per costringere l’arco. Il risultato è un arco ad alta densità di energia con una larghezza del taglio molto ristretta che può tagliare dettagli complessi e fori molto piccoli. I sistemi al plasma convenzionale possono tagliare con una precisione entro 0,76 mm e produrre tagli con 3–5° di inclinazione, a volte persino meno di 1°. I sistemi ad alta tolleranza possono tagliare con una precisione di 0,25 mm e 0–3° di inclinazione. Possono tagliare con precisione fori piccoli fino a 4,76 mm.

Sei regole per il taglio di fori per bulloni

• Utilizzare un ugello di dimensione nominale minima per eseguire lo sfondamento e il taglio del materiale
• Accertarsi che il ritardo di sfondamento consenta una penetrazione completa dell’arco prima che il movimento della macchina si avvii
• Bloccare il THC regolato con la tensione
• Utilizzare un attacco del taglio arrotondato o a spirale
• Programmare una velocità di taglio ridotta
• Utilizzare un’uscita del taglio breve o negativa sul pezzo rimasto