Laser se refere a um tipo de luz que é intensificada por meio de estimulação para emitir radiação. Suas propriedades, como boa direcionalidade, alto brilho e natureza monocromática, o tornam amplamente aplicável em diversos campos, incluindo corte a laser, soldagem, gravação, perfuração e marcação, entre outros.
As aplicações do laser são consideradas um dos campos mais promissores e crescentes. Entre as suas diversas aplicações, o corte a laser destaca-se como um processo técnico fundamental. Existem dois tipos principais de corte a laser: o laser pulsado, adequado para cortar materiais metálicos, e o laser contínuo, ideal para materiais não metálicos.
Na indústria automotiva, a tecnologia de corte a laser encontrou uma aplicação significativa. A seguir está uma visão geral do uso da tecnologia de corte a lasersim na indústria automotiva.
Princípios e vantagens do corte a laser
O corte a laser é um processo que utiliza um feixe de laser de alta densidade para aquecer o material a vários milhares a dez mil graus Celsius em um curto período de tempo. Isso faz com que o material derreta ou vaporize, e um gás de alta pressão sopra o material fundido ou vaporizado para longe da linha de corte, resultando em um corte limpo.
Na produção de peças automotivas, o corte a laser apresenta diversas vantagens:
(1) Alta precisão: A precisão de posicionamento é de aproximadamente 0,05 mm.
(2) Corte estreito: O feixe de laser é focado em um pequeno ponto, resultando em uma alta densidade de potência que aquece o material até o ponto de vaporização. Isto forma fendas pequenas e contínuas com uma largura muito estreita.
(3) Superfície lisa: A superfície de corte é lisa e sem rebarbas.
(4) Velocidade rápida: A velocidade de corte é muito mais rápida que o corte com fio.
(5) Boa qualidade de corte: Sem corte de contato e impacto térmico mínimo na aresta de corte, há pouca ou nenhuma deformação térmica da peça de trabalho e o corte geralmente não requer processamento secundário.
(6) Sem danos à peça de trabalho: A cabeça de corte a laser não entra em contato com a peça de trabalho, evitando arranhões ou danos.
(7) Versatilidade do material: A dureza do material não afeta o processo de corte a laser, permitindo o corte de aço, aço inoxidável, ligas de alumínio, metal duro e outros materiais.
(8) Flexibilidade de formato: O processo de corte a laser pode ser programado para cortar qualquer gráfico ou formato, incluindo tubos e outros perfis.
(9) Redução do investimento em matrizes: O corte a laser dispensa matrizes, reduzindo o custo de investimento e manutenção.
(10) Economia de materiais: Com a programação de computadores, toda a placa pode ser utilizada para produzir produtos de diversos formatos, melhorando o aproveitamento do material.
(11) Ciclo de desenvolvimento mais curto: Novos produtos podem ser desenvolvidos mais rapidamente sem a necessidade de matrizes de fabricação.
(12) Corte de materiais não metálicos: O processo de corte a laser também pode ser usado para cortar materiais não metálicos.
Equipamento de corte a laser
Existem vários tipos de equipamentos de corte a laser, incluindo:
(1) Máquina de corte a laser plana: Este tipo de máquina é projetada especificamente para cortar peças planas.
(2) Máquina de corte a laser tridimensional: Esta máquina é capaz de cortar peças com formas tridimensionais.
(3) Robô de corte a laser (Figura 1): Este tipo de equipamento de corte a laser é capaz de cortar peças tridimensionais complexas.
Fig.1 Estação de trabalho do robô de corte a laser
Com o crescimento da indústria automotiva, o uso de robôs de corte a laser está se tornando mais difundido. Este tipo de equipamento de corte a laser é capaz de cortar peças planas e peças 3D simples. A seguir descrevemos os componentes de uma estação de trabalho robótica de corte a laser:
(1) Robô de trajetória de alta precisão: Este componente fornece processamento tridimensional de alta precisão, alta velocidade e, ao mesmo tempo, reduz custos.
(2) Gerador de laser: Existem três tipos de geradores de laser: gerador de laser de estado sólido, gerador de laser a gás e gerador de laser de fibra. O gerador de laser é o dispositivo que produz a fonte de laser.
(3) Cooler: Este componente é usado para resfriar o gerador de laser.
(4) Cabo de fibra óptica: Este componente é usado para transmitir o feixe de laser.
(5) Cabeça de corte: Este componente inclui principalmente peças como cavidade, suporte de lente de foco, espelho de foco, sensor capacitivo e bico de gás auxiliar.
(6) Mesa de trabalho: Este componente é utilizado para segurar a peça a ser cortada e pode ser movimentado com precisão de acordo com o programa de controle, acionado por um servo motor.
(7) CNC: Este componente controla os movimentos dos eixos X, Y e Z da mesa e também controla a potência de saída do laser.
(8) Plataforma de manipulação: Este componente controla todo o processo de trabalho da unidade de corte.
(9) Cilindros de gás: Esses componentes incluem cilindros médios de trabalho e cilindros auxiliares para a máquina de corte a laser.
(10) Compressor de ar: Este componente é utilizado para fornecer ar comprimido.
(11) Secadores e filtros de resfriamento de ar: Esses componentes são usados para remover umidade e impurezas do ar comprimido.
(12) Equipamento auxiliar: Inclui componentes como extrator e coletor de pó.
A prática do robô de corte a laser na fabricação de automóveis
A ilustração abaixo demonstra o uso de robôs de corte a laser na produção de componentes automotivos.
Corte de peças de tubos
Conforme ilustrado na Figura 2, a peça é feita através de corte a laser de todos os furos do tubo, sendo 4 furos na parte esquerda e 5 furos na parte direita.
Devido ao grande número de furos e aos diferentes tamanhos de furos, o uso de uma ferramenta de puncionamento exigiria uma configuração complexa de ferramentas e um número relativamente grande de matrizes, levando a um investimento substancial e manutenção frequente que consome muito tempo e mão de obra. Além disso, pode resultar em produtos de baixa qualidade, exigindo inspeção especial de qualidade para evitar tais ocorrências.
A tecnologia de corte a laser, por outro lado, pode reduzir significativamente o investimento de capital em matrizes e trazer os seguintes benefícios:
- Garante a qualidade das peças: As peças são cortadas com precisão e esse processo sem contato elimina o risco de cantos colapsados.
- Economiza mão de obra e equipamentos: Após o ajuste do programa, o corte a laser requer apenas que um trabalhador conclua uma série de tarefas, como retirar peças, peças superiores ou inferiores. O uso de matrizes exigiria pelo menos três conjuntos de moldes, três operadores e três equipamentos de estampagem.
- Operação simples e econômica: Na prática, a peça pode ser cortada 400 vezes ao dia, resultando em menos fadiga e maior eficiência para os trabalhadores. Com as matrizes, 400 conjuntos podem ser produzidos por dia em condições normais, mas qualquer problema com a matriz exigiria reparos, instalações e depuração demorados.
- Evita cortes perdidos ou incorretos: Caso haja um corte perdido ou incorreto com o corte a laser, o equipamento acionará um alarme, evitando a liberação de produtos não qualificados. Com ferramentas, vazamentos não detectados podem resultar em perdas significativas devido à saída de produtos não qualificados.
Fig.2 Peças do tubo
Para garantir a precisão do posicionamento da peça, deve ser utilizado um dispositivo de posicionamento (conforme mostrado na Figura 3). A estrutura do aparelho é composta por três partes:
- Placa Fixa: É fixada na mesa da estação de trabalho por meio de parafusos e pinos. O design do acessório deve ser adaptado ao tamanho da mesa de trabalho e não deve ser arbitrário.
- Dispositivo de posicionamento de peça: O dispositivo deve ser selecionado com base nos requisitos específicos da peça. Neste caso, como a posição do furo na extremidade é crucial, o posicionamento é definido na extremidade da peça.
- Dispositivo de fixação de peças: Devido aos múltiplos cortes em várias direções na peça, ele precisa ser mantido no lugar enquanto a mesa gira. Para evitar que a peça caia, são necessários quatro conjuntos de cilindros de fixação.
Concluindo, a estrutura do acessório é simples, fácil de operar e econômica, o que o torna uma solução prática.
Fig.3 Dispositivo de posicionamento para fazer peças de tubos
Corte de perfis
Conforme mostrado na Figura 4, a peça requer o corte de dois furos grandes e duas extremidades, o que causaria distorção se perfurada com uma matriz. Para evitar isso, utiliza-se o corte a laser para garantir a qualidade da peça.
Cortar os furos é relativamente simples, mas cortar e usinar a extremidade do perfil é um desafio. O perfil possui seção transversal em forma de B que requer cortes de 360 graus em cada direção.
Portanto, é necessário que a cabeça de corte a laser tenha a capacidade de girar 360 graus e tenha espaço suficiente para isso. Se houver espaço limitado na direção normal, um pequeno corte em ângulo poderá ser usado sem afetar a peça.
Definir a trajetória de corte da cabeça de corte requer tentativa e erro contínuos para garantir a qualidade da peça, ao mesmo tempo que reduz os custos de fabricação e melhora a eficiência da produção.
Fig.4 Peças feitas de perfis
O acessório de corte a laser para esta peça está representado na Figura 5. Seu design é semelhante ao acessório para tubo e é composto por três componentes:
- Placa Fixa: Este componente possui o mesmo método de fixação do tubo.
- Dispositivo de posicionamento de peças: A peça possui furos de montagem críticos que requerem posicionamento preciso, o que é conseguido através do uso deste dispositivo.
O mecanismo de posicionamento emprega um pino de posicionamento acionado por cilindro que pode se mover para frente e para trás, facilitando a fácil coleta e posicionamento da peça de trabalho.
- Dispositivo de fixação de peças: Este dispositivo é semelhante à peça de tubo, mas a cabeça de fixação foi alterada para corresponder ao formato da peça.
Fig. 5 Dispositivo de posicionamento fixado na mesa
Esses dois exemplos de acessórios de corte a laser são relativamente simples em comparação com matrizes e são compostos de três partes: uma placa fixa, um dispositivo de posicionamento e um dispositivo de fixação.
Demonstra que a implementação de robôs de corte a laser pode enfrentar inúmeros desafios na produção de componentes automotivos e trazer inúmeros benefícios.
Conclusão
Em resumo, o corte a laser tornou-se uma vantagem proeminente na área de processamento automotivo devido à sua capacidade de reduzir custos e melhorar a qualidade dos automóveis.
O uso de estações de trabalho robóticas de processamento a laser na indústria automotiva está se tornando cada vez mais comum, abrangendo não apenas corte a laser, mas também soldagem a laser, marcação a laser, gravação a laser e processamento de materiais não metálicos.
