Chapas gruesas, Chapas finas y bobinas de aCero laminado en

www.ruukki.es
Corte
mecánico
Chapas gruesas, chapas finas y bobinas de acero laminado en caliente
Se recomienda realizar el corte mecánico de los aceros de alta resistencia mediante cizallas de guillotina. En
especial, cuando se corte mecánicamente los grados de acero Optim 700 MC, Optim 700 ML, Optim 900 QC,
Optim 960 QC, Raex 400, Raex 450 y Raex 500, deben seleccionarse cuidadosamente las máquinas de corte y
sus valores establecidos. Los factores más importantes son el espacio entre las cuchillas y el ángulo de corte.
La dureza de la cuchilla de corte también presenta un efecto importante sobre el corte, en especial al cizallar
aceros Raex templados. El acero Raex 400 templado puede cortarse con cizallas de alto rendimiento robustas
con espacios correctos entre las cuchillas. La dureza de la cuchilla debe ser mayor de 53 HRC. El corte mecánico
del acero Raex 500 sólo se recomienda cuando el espesor de la chapa es inferior a 10 mm.
El espacio entre las cuchillas afecta a la vida útil de las cuchillas del cortador y, en consecuencia, a los costes
del corte. Un espacio entre las cuchillas correcto reduce las tensiones a las que se ve sometido el bastidor
del cortador. Esto aumenta la vida útil de las cizallas y permite realizar el corte de chapas más gruesas.
Afortunadamente, el ajuste del espacio entre las cuchillas es una operación rápida, medible y controlable.
Cuando se cortan aceros de alta resistencia, debe aumentarse el espacio entre las cuchillas. Con aceros
especialmente tenaces, el espacio entre las cuchillas debe reducirse drásticamente para evitar el plegado y
el correspondiente atasco de la chapa entre las cuchillas. Asimismo, debe observarse que el corte mecánico
satisfactorio de chapas y hojas de acero se basa principalmente en la información práctica obtenida sobre las
operaciones de corte en cada taller individual.
• Temperatura de la chapa en el corte mecánico
Independientemente de la resistencia o la dureza del acero, para realizar un corte mecánico satisfactorio es
necesario que se permita que la chapa se caliente hasta la temperatura ambiente de +20 °C antes de realizar el
corte. La figura 1 muestra el tiempo necesario para el calentamiento cuando se introduce una chapa de acero
desde un lugar sometido a una temperatura inferior a cero grados. Las medidas se realizaron para chapas con
tres espesores diferentes.
Figura 1. Tiempo de calentamiento de chapas de acero frías (-20 °C) en una sala con una temperatura entre
+20 °C y +22 °C.
La prueba se realizó en las instalaciones de Rautaruukki en Raahe en febrero de 2011. Tamaños de chapa de 12 x
1000 x 2000, 21 x 1000 x 1600 y 40 x 1000 x 2000 mm.
+25
+20
+15
+10
+5
0
Temperatura, °C
-5
-10
-15
-20
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18 19 20 21
22 24
-25
Temperatura de la sala
t 1 = 12 mm
t 2 = 21 mm
t 3 = 40 mm
Tiempo, horas
La prueba que se indica en la figura 1 proporcionó los siguientes resultados de calentamiento de -20 °C a +17 °C:
• aproximadamente 8 horas para una chapa de 12 mm
• aproximadamente 12 horas para una chapa de 21 mm
• aproximadamente 17 horas para una chapa de 40 mm.
2 Corte mecánico
La superficie y el centro de la chapa se calientan a velocidades similares con un cambio tan lento. Debe
destacarse que las chapas gruesas y grandes almacenadas unas sobre otras se calientan incluso con más
lentitud. Como norma básica, puede concluirse que una chapa fría (2 m de ancho, 6 m de largo) que se haya
almacenado en el exterior a una temperatura inferior a cero grados se calienta a la temperatura ambiente en
aproximadamente 24 horas.
• Geometría del corte
Los factores que afectan al corte con cizallas de chapas se muestran en el plano de corte principal y en el plano
perpendicular al mismo, consulte la Figura 2. El espacio entre las cuchillas (u), el ángulo de corte (α), el ángulo
de oblicuidad (γ) y el ángulo de inclinación (β) afectan al corte. Si el ángulo de corte (α) es cero, el proceso de
corte se denomina troquelado. Esto implica que las cuchillas superior e inferior son paralelas y se corta el ancho
completo de la chapa al mismo tiempo. Cuando el ángulo de corte es distinto de cero, el proceso se denomina
guillotinado. Éste es el proceso más habitual e importante con cortadores de cuchillas rectas. La cizalla giratoria
es muy similar a la cizalla con guillotina en lo que se refiere a la geometría de corte, y a menudo se consideran
como procesos similares. El espacio entre las cuchillas (u) es la distancia entre las cuchillas superior e inferior.
El espacio entre las cuchillas en la maquinaria de corte puede ajustarse normalmente dentro de ciertos límites.
En las cizallas de guillotina, sólo se ajusta el espacio horizontal entre las cuchillas. En las cizallas giratorias,
puede ajustarse el espacio horizontal y vertical entre las cuchillas. El ajuste del espacio vertical entre las
cuchillas afecta especialmente a la separación del fleje de corte.
También se puede influir en el resultado del corte a través de los valores del ángulo de inclinación (β) y del
ángulo de oblicuidad (γ). Cuando se cortan flejes estrechos, el ángulo de inclinación correcto reduce los fallos
en el corte y, al mismo tiempo, reduce ligeramente el desgaste de las cuchillas. Establecer el valor del ángulo de
oblicuidad entre 1 y 2 grados da lugar a un corte en ángulo recto. Con este ajuste, el espacio entre las cuchillas
no permanece constante, sino que aumenta a medida que se realiza el corte.
Figura 2. Procesos de corte mecánico
Cizalla de guillotina
Plano de corte principal
Cizalla giratoria
Plano perpendicular al plano
de corte principal
γ
α
u
u
α
α
h
−β
α
+β
u = espacio entre las cuchillas
γ = ángulo de oblicuidad
α = ángulo de corte
β = ángulo de inclinación, normalmente 0°
h = espacio vertical entre las cuchillas
• Etapas del corte
En la primera etapa el acero de corte se comporta elásticamente. Cuando se supera el límite elástico del
material, se inicia la deformación plástica. A medida que continúa el corte, se supera en cierto momento la
capacidad de deformación del acero, y se produce una fractura. En la etapa final del corte, se encuentran las
fracturas iniciadas desde el punto en el que las cuchillas superior e inferior presionan el material.
En el borde de corte pueden observarse las diferentes etapas del corte, Figura 3. Al comienzo, se forma una
esquina redondeada a lo largo del borde de la chapa a cortar, denominado borde rugoso. Este borde se forma
mediante la cuchilla superior sobre la superficie superior de la chapa, y mediante la cuchilla inferior sobre la
parte inferior de la pieza de corte. A medida que el corte continúa, la cuchilla penetra en la chapa hasta una
cierta profundidad, lo que genera una zona pulida sobre la cara de corte. La zona fracturada que se forma a
continuación se describe en el capítulo anterior.
3 Corte mecánico
En la etapa final, se forma la rebaba debido a que las tensiones de compresión más elevadas se dirigen desde la
cuchilla superior hacia el borde de corte de la cuchilla inferior. Esto genera una tensión en el material que cede
en la zona de corte, lo que mejora la capacidad de deformación del material. En consecuencia, la chapa no se
fractura exactamente en la línea de corte planificada, sino junto a la misma, donde el material está endurecido
en un menor grado. La chapa sólo se fractura después de deslizarse más allá de la cuchilla de corte. Se genera
un saliente afilado, la rebaba, en el borde de corte a lo largo de la línea de corte.
Figura 3. Partes de la cara de corte
Borde rugoso
Zona pulida
Zona fracturada
Rebaba
• Evaluación del corte y posibles fallos
El resultado del corte se evalúa en función de:
• la forma y precisión dimensional de la pieza de corte,
• el aspecto del borde de corte y
• la altura de la rebaba.
El resultado final se ve afectado por la máquina de corte y el acero que se esté cortando. El factor esencial en
el acero es la fuerza de tracción. La tenacidad del acero, especialmente su capacidad de deformación, también
afecta al resultado del corte.
Los factores principales que provocan el fallo del corte son:
• ángulo de corte excesivamente grande,
• cuchillas sin filo,
• ajuste inadecuado del espacio entre las cuchillas y
• plegado excesivo del bastidor y los ejes en la máquina de corte.
En un fleje de corte de acero se observan tres tipos de fallos diferentes. Estos fallos, junto con la
rectangularidad y planicidad del borde de corte, determinan el resultado del corte.
Los tipos de fallos son, consulte la Figura 4:
• torsión,
• comba y
• curvado.
Figura 4. Tipos de fallo en un fleje de corte de acero
Curvado
Cuchilla superior
Cuchilla inferior
•
Torsión
Superficie de la chapa
Zona de curvado
Motivos de formación de curvado y torsión:
- ángulo de inclinación grande
- tensiones internas en la chapa
- velocidad de corte lenta
- chapa gruesa
- material blando
- fleje a cortar estrecho
- pieza de trabajo larga
4 Corte mecánico
Comba
Motivos de formación de comba:
- tensiones internas
- ángulo de inclinación grande
- plegado de la viga de acero del cortador
- espacio entre las cuchillas pequeño
• Efecto del espacio entre las cuchillas sobre el corte
Al cortar acero, solo se corta parte del material. El resto se separa mediante fracturación, como se comentó
anteriormente. El ángulo de fractura se mantiene invariable cuando se corta el mismo grado de acero. Por este
motivo se establece el espacio entre las cuchillas según el espesor y la fuerza de tracción de la chapa.
En la Figura 5, detalle 5a, el espacio entre las cuchillas (u) es demasiado grande. La fractura no coincide
exactamente con los bordes de corte de las cuchillas, lo que genera una zona discontinua. Esto provoca rebabas
en el borde de corte y un desgaste excesivo de la cuchilla. Además, la chapa se pliega antes de romperse. El
resultado es un borde de corte con grandes salientes.
En el detalle 5b, el espacio entre las cuchillas (u) es demasiado pequeño. Los puntos finales de la fractura
finalizan en la mitad de las cuchillas, lo que implica que, en la práctica, las cuchillas deben cortar la chapa
dos veces. Esto provoca tensión adicional para la máquina de corte y puede provocar el fallo de la cuchilla. Un
espacio entre las cuchillas demasiado pequeño genera una mayor proporción de zona pulida en el borde de
corte y una reducción de la proporción de zona fracturada. A medida que el espacio entre las cuchillas aumenta,
la zona pulida disminuye y la zona fracturada se amplía. Un espacio entre las cuchillas pequeño genera
abolladuras pastosas en el borde de corte, y es más probable que aparezcan cuanto más blando sea el acero.
En el detalle 5c, el espacio entre las cuchillas (u) está ajustado correctamente. La fractura coincide exactamente
con los bordes de corte de las cuchillas. La chapa se corta recta, sin necesidad de energía adicional. El borde de
corte está inclinado con el mismo ángulo que el ángulo de fractura. Con un espacio entre las cuchillas correcto,
el borde de corte tiene un aspecto plano y la proporción de la zona pulida es aproximadamente el 20% del
borde de corte. En cizalla giratoria, el espacio vertical entre las cuchillas (h) se ajusta al desplazar los ejes en los
que se asientan las cuchillas. El efecto más apreciable del espacio vertical entre las cuchillas es la facilidad con
las que los flejes de corte se separan entre sí.
Rebaba
5b
5c
Espacio entre
las cuchillas
5a
Espacio entre
las cuchillas
Espacio entre
las cuchillas
Figura 5. Efecto del espacio entre las cuchillas (u) sobre le corte
Fleje
Se recomienda mantener el mayor espacio vertical posible entre las cuchillas para reducir al mínimo el desgaste
de las cuchillas. Si el espacio vertical entre las cuchillas es demasiado pequeño, se genera un borde saliente
porque la chapa se levanta sobre la parte superior de los discos inferiores.
• Variaciones del espacio entre las cuchillas en cizalla giratoria
Con mucha frecuencia, puede producirse cierta desviación en la ubicación de las cizallas giratorias durante el
corte. En ocasiones, la cizallas giratorias se desplazan sobre el eje; esto cambia el espacio entre las cuchillas
establecido originalmente. La desviación en el espacio entre las cuchillas puede llegar hasta un milímetro. Las
desviaciones en el espacio entre las cuchillas durante el corte provocan una fluctuación de la calidad en el
borde de corte, puesto que el espacio entre las cuchillas puede ser demasiado grande o demasiado pequeño
durante el corte de la misma chapa.
La desviación del espacio entre las cuchillas se debe a menudo al ajuste incorrecto de las cizallas o a la
presencia de impurezas en las superficies de las cuñas que se utilizan para establecer el espacio entre las
cuchillas. Los fallos mecánicos en la máquina de corte también pueden provocar la desviación de un valor de
espacio entre las cuchillas establecido.
• Recomendaciones de espacio entre las cuchillas en cizalla de guillotina y giratoria
En la Tabla 1 se indican los valores de espacio entre las cuchillas recomendados en función de los experimentos
realizados. No obstante, debe considerarse que, además del espacio entre las cuchillas, la flexibilidad específica
de la máquina en el soporte de la cuchilla y en el bastidor de la máquina, la fuerza de retención de la chapa, el
estado de las cuchillas y el ángulo de corte y de oblicuidad también afectan al aspecto del borde de corte.
5 Corte mecánico
El espesor de la chapa también es importante al determinar el espacio entre las cuchillas. En particular, esto
es evidente en los valores para la clase de límite elástico de 355 MPa. Para chapas de 6 mm de espesor, basta
con un espacio entre las cuchillas del 8 – 10% del espesor de la chapa, mientras que una chapa de 10 mm de
espesor requiere un espacio entre las cuchillas del 10 – 15% del espesor de la chapa. Los valores de la tabla son
adecuados para un rango de espesores de chapa de 6 a 10 mm.
Tabla 1. Cizalla de guillotina. Valores de espacio entre las cuchillas recomendados
S235J0
Estándar
Espacio entre las cuchillas como % del
espesor de la chapa
EN 10025-2
5–8
Ruukki Laser 250 C
Ruukki
5–8
Ruukki Laser 355 MC
Ruukki
5–8
S355J2
EN 10025-2
8 – 15
Multisteel
Ruukki
8 – 15
S355NL
EN 10025-3
8 – 15
Optim 650 MC
Ruukki
aprox. 10
Las cizallas giratorias utilizan espacios entre las cuchillas ligeramente mayores que los de las cizallas de guillotina.
Los espacios entre las cuchillas que se indican en la Tabla 2 son adecuados para un rango de espesores de chapa de
2 a 20 mm. Debe considerarse que el ajuste del espacio vertical entre las cuchillas en las cizallas giratorias afecta
en cierta medida al espacio horizontal entre las cuchillas.
Tabla 2. Cizalla giratoria. Valor de espacio horizontal entre las cuchillas recomendado
Estándar
Espacio entre las cuchillas como % del
espesor de la chapa
S235J0
EN 10025-2
15 – 26
Ruukki Laser 250 C
Ruukki
15 – 26
Ruukki Laser 355 MC
Ruukki
17 – 28
Multisteel
Ruukki
18 – 27
Optim 650 MC
Ruukki
20 – 29
Los valores de espacio entre las cuchillas que se indican para cizallas giratorias (u y h) son espacios entre las
cuchillas reales durante el corte. Debe restarse de estos valores cualquier flexibilidad presente en el cortador. La
mejor alternativa para calcular el espacio vertical entre las cuchillas para un cortador individual es aumentar el
espacio vertical entre las cuchillas siempre que el cortador aún pueda separar las piezas de corte entre sí. En la
Figura 6 se muestran algunos valores de espacio vertical entre las cuchillas (h) recomendados.
Figura 6. Cizalla giratoria. Valores de espacio vertical entre las cuchillas (h) recomendados
-2,6
-h
-2,2
-2,0
-1,8
+h
Espacio vertical entre las cuchillas mm
-2,4
-1,6
-1,4
-1,2
-1,0
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0
+0,2
+0,4
+0,6
1 2 3 4 5 6 7 8910
12
14
Espesor de la chapa mm
6 Corte mecánico
16
18
20
MFI.001ES/03.2013/AN
Ruukki proporciona a sus clientes
soluciones de acero energéticamente
eficientes para mejorar nuestra forma
de vivir, trabajar y desplazarnos.
Rautaruukki Corporation, Suolakivenkatu 1, FI-00810 Helsinki, Finlandia, +358 20 5911, www.ruukki.es
Copyright© 2013 Rautaruukki Corporation. Todos los derechos están reservados. Ruukki, Rautaruukki, Living. Working. Moving. y
los nombres de los productos de Ruukki son marcas comerciales o marcas comerciales registradas de Rautaruukki Corporation