Expansão térmica do feixe de alumínio: seu efeito na precisão da máquina de corte a laser e nas medidas de melhoria

Parte 01 O Desafio da Expansão do Feixe de Alumínio em Cortadores a Laser

Os cortadores a laser geralmente combinam bases de aço e vigas de alumínio.O aço proporciona estabilidade, enquanto a leveza do alumínio auxilia na operação em alta velocidade.Apesar dos benefícios, esta mistura pode reduzir a precisão da máquina devido às diferentes taxas de expansão sob mudanças de temperatura.

1.1 Mantendo a viga e os trilhos sincronizados

As vigas de alumínio movem a cabeça de corte da máquina e são fixadas em trilhos e racks de aço.Esses metais se expandem de maneira diferente conforme as temperaturas mudam.Na China, com variações de temperatura de 10°C entre o dia e a noite, um feixe de 2 metros poderia detectar diferenças de 0,2 mm.Com o tempo, isso pode afrouxar os parafusos, desalinhar os trilhos e afetar a precisão da máquina.

1.2 Manutenção do alinhamento da viga e do leito

A viga também deve permanecer alinhada com a base de aço para um movimento preciso do eixo Y.Com mudanças significativas de temperatura, os metais podem expandir ou contrair de forma diferente.Isto pode afrouxar parafusos e perder componentes, afetando o alinhamento dos motores de acionamento e reduzindo a vida útil das engrenagens.

Concluindo, as constantes oscilações de temperatura podem afrouxar parafusos e deslocar peças de aço-alumínio.Isto afeta a precisão e a segurança da máquina.Embora os benefícios do alumínio sejam claros, a sua maior taxa de expansão em comparação com o aço pode representar desafios à precisão operacional.

Os problemas surgem ao longo do tempo Geralmente, o impacto da expansão térmica na precisão surge lentamente.Mas se a máquina se deslocar para um clima diferente, a mudança pode ser repentina e significativa.Com feixes mais longos, o efeito na precisão é ainda mais pronunciado.

Ao aproveitar os benefícios do alumínio para corte em alta velocidade, é essencial abordar suas propriedades de expansão.No passado, como os cortadores a laser eram novos, a precisão era uma preocupação menor.Contudo, à medida que a procura por precisão cresce, a necessidade de abordar a expansão do alumínio torna-se mais urgente.Alguns fabricantes mudaram para vigas de aço para evitar estes problemas, sacrificando os benefícios do alumínio.Para manter a precisão, é crucial encontrar soluções para gerir a expansão térmica do alumínio.

Parte 02 Estratégias de Melhoria

Os engenheiros mecânicos reconhecem os desafios de usar materiais com diferentes taxas de expansão térmica em conjunto.Para superar isso em cortadores a laser, desenvolvemos estratégias quando esses materiais devem coexistir.Uma abordagem comum é o “método de compensação”, mas não funciona para as vigas de alumínio que estamos discutindo.

Estou convencido de que existe uma solução para evitar que a expansão do feixe de alumínio afete a precisão da máquina.Inspirando-nos nas táticas de isolamento utilizadas durante a pandemia da COVID-19, podemos aplicar uma abordagem semelhante às nossas máquinas.Como não podemos alterar as propriedades inerentes ao alumínio, projetamos uma estrutura para isolar a expansão da viga de peças críticas do equipamento, preservando assim a precisão operacional.Chamamos isso de “Método de Isolamento”.

2.1 Aplicando a Estrutura de Isolamento

2.1.1 Para Vigas, Trilhos e Racks: Mudamos a forma tradicional de fixar trilhos e racks à viga de alumínio.Agora, primeiro criamos ranhuras de instalação na viga, inserimos tiras de aço pré-processadas e fixamos-as com parafusos.Trilhos e racks são então montados nessas tiras para manter a precisão.

2.1.2 Para alinhamento de vigas e leitos: Em vez de utilizar as placas de ligação originais da viga, optámos por placas de aço separadas concebidas para este fim.Essas novas placas são fixadas na estrutura da máquina e ajustadas para maior precisão durante a montagem.

2.2 Como funciona a estrutura de isolamento

2.2.1 Quando materiais com diferentes taxas de expansão são pressionados uns contra os outros, eles podem se mover uns contra os outros com as mudanças de temperatura.Este movimento pode afetar a precisão da máquina.

2.2.2 Com nossa estrutura de isolamento instalada, qualquer expansão térmica é absorvida na interface adicionada (consulte o diagrama).Os materiais de aço e alumínio formam duas interfaces distintas.A interface do aço não se move muito com as mudanças de temperatura, graças à sua taxa de expansão uniforme.A interface de alumínio, porém, se move, mas nossa estrutura garante que esse movimento não afete a precisão da máquina.

2.3 Os benefícios do isolamento

2.3.1 Para Conexão da Viga aos Trilhos e Racks: A tira de aço adicionada na estrutura de isolamento garante a contenção de qualquer movimento devido à temperatura, mantendo os trilhos e racks estáveis.

2.3.2 Para Conexão da Viga ao Leito: A placa base de aço modificada substitui a antiga placa de alumínio.Funciona da mesma forma, mas também isola o feixe.Assim, à medida que as temperaturas mudam, a placa não muda de posição, garantindo que o motor de acionamento e as engrenagens permaneçam alinhados com precisão.

Ao nos concentrarmos nessas soluções, podemos continuar aproveitando as vantagens das vigas de alumínio sem comprometer a precisão de nossas máquinas de corte a laser.

Parte 03 Conclusão

As ligas de alumínio expandem e contraem visivelmente com as mudanças de temperatura.Isso pode afetar a precisão do cortador a laser ao longo do tempo.Uma estrutura de isolamento não altera a forma como o alumínio reage ao calor, mas protege as peças críticas da máquina contra esses efeitos, mantendo a precisão.

Esta solução é simples e prática.A nossa análise técnica confirma a sua base sólida e viabilidade.No entanto, o seu desempenho no mundo real deve ser testado em ambientes de produção reais.Se funcionar bem e melhorar com o uso, será uma ferramenta valiosa para manter a precisão dos cortadores a laser.Isso garante que os benefícios das vigas de alumínio possam continuar a ser aproveitados na tecnologia de corte a laser.