En mi experiencia con la fabricación de metales, comprender cizalla Los fundamentos han sido cruciales para lograr cortes precisos y operaciones eficientes. Máquinas de corte Son herramientas esenciales para cortar diversos materiales, como chapa y placas, con precisión y rapidez. A lo largo de los años, he profundizado en la mecánica de estas máquinas, explorando sus componentes, principios de funcionamiento y mejores prácticas de uso. En este artículo, compartiré mis conocimientos sobre los fundamentos de las cizallas, ofreciendo una visión general completa que ayudará tanto a principiantes como a operadores experimentados a mejorar sus capacidades de corte y optimizar su flujo de trabajo.

Parte 1 Terminología de corte

● Componentes básicos y filosofía de corte

El bastidor básico de corte consta de un conjunto de mesa que está soldado o atornillado a los marcos laterales, un conjunto de pistón móvil que se acciona hidráulica o mecánicamente y un pistón de sujeción también fijado a los marcos laterales.

El cizallamiento es un proceso sencillo mediante el cual una lámina de metal se corta en trozos más pequeños con dos cuchillas colocadas en ángulo. La cuchilla inferior está firmemente sujeta a un alojamiento en la mesa fija, mientras que la cuchilla superior está fijada al conjunto del pistón móvil. Las dos cuchillas están separadas solo por una distancia medida en milésimas de pulgada en el punto de corte.

Las abrazaderas de sujeción, fijadas al pistón fijo delantero, deben presionarse justo antes de que la cuchilla móvil del pistón entre en contacto con el material que se está cortando. Esto evita que el material se retuerza o se mueva durante el proceso de corte.

Así como también encontrará máquinas mecánicas, hidráulicas e hidromecánicas. prensas plegadorasLo mismo ocurre con las tijeras.

Una cizalla mecánica se acciona mediante una excéntrica, que se acopla mediante un embrague de volante. Este sistema de accionamiento suele ser rígido y rápido, pero ofrece menos control al operador y menor protección contra sobrecargas.

El sistema de accionamiento hidráulico consta de un motor acoplado a una bomba, la cual a su vez está conectada a un colector con válvulas hidráulicas y uno o más cilindros hidráulicos. Se bombea aceite a los cilindros, lo que a su vez activa el ariete.

Un sistema de accionamiento hidromecánico es una combinación de los anteriores, en el que el ariete es accionado hidráulicamente, pero desarrolla una ventaja mecánica a través de un conjunto de balancín. 

● Guillotina

Guillotina es un término usado para describir una cizalla que utiliza un sistema de guillotinado para proporcionar estabilidad a la barra superior de la cuchilla mientras se guía a través del corte en un plano recto, lo que permite el uso de cuchillas de cuatro filos. Este es un buen diseño rígido, pero generalmente no permite un ajuste fácil de la holgura de la cuchilla.

● Viga de columpio

El término "viga oscilante" se utiliza para describir una cizalla en la que la barra superior de la cuchilla se mueve en un arco alrededor de un cojinete pivotante. Normalmente, la cuchilla superior es cónica, con solo dos filos útiles, para evitar interferencias con la cuchilla inferior durante el movimiento de arco. La cizalla de viga oscilante suele tener un diseño más bajo y es más ligera que la guillotina, pero también facilita el ajuste de la holgura de la cuchilla mediante una excéntrica en el cojinete pivotante.

● Balancín hidra-mecánico

Este diseño, exclusivo de la cizalla, proporciona la resistencia, potencia y rigidez del sistema de guillotina, pero también facilita el paso de la cuchilla, propio de la cizalla de viga oscilante. Este diseño hidromecánico utiliza dos cilindros hidráulicos, interconectados por un tubo de torsión de paredes gruesas, para proporcionar la fuerza de corte del ariete.

Al igual que la guillotina, la cizalla produce un movimiento de corte recto a través del material, lo que permite el uso de cuchillas de 4 filos y un ángulo de alivio de 1 grado. Al igual que la cizalla Swing Beam, el diseño de la cizalla facilita el ajuste de la holgura de las cuchillas mediante un sistema de leva excéntrica en el pivote del brazo de enlace trasero. 

Parte 2Principios de corte

● Giro

La torsión es una condición común de corte que se describe como la tendencia de la pieza de material cortada a curvarse en espiral o tirabuzón. Si bien la torsión puede deberse a tensiones internas en el material y a cuchillas desafiladas, se genera principalmente por el ángulo de ataque de la cuchilla superior y el ancho de la pieza de corte. Los ángulos de ataque altos aumentan considerablemente la torsión del material durante el proceso de corte. 

● Arco

La curvatura se describe como la tendencia del material a curvarse hacia abajo durante el proceso de corte. Es más frecuente al cortar tiras largas y estrechas. Se debe a deficiencias o tensiones en el material y al corte con ángulos de ataque más altos. 

● Comba

La comba se crea cuando el material que se corta se separa horizontalmente de la lámina. Es casi exclusivamente resultado de las tensiones internas del propio material; sin embargo, la velocidad del martillo, la dirección de la fibra y la holgura de la cuchilla también pueden influir en la cantidad de comba. 

● Ángulo de ataque y calidad de corte

El ángulo de ataque de una cizalla es la inclinación de la cuchilla superior de izquierda a derecha. Las cizallas pueden tener un ángulo de ataque fijo o ajustable, donde el operador ajusta el ángulo según el calibre del metal a cortar.

La carga necesaria para cortar el material depende del espesor y del ángulo de ataque de la cuchilla superior. A medida que aumenta el espesor del metal, la carga de corte aumenta rápidamente. Por ejemplo, el acero dulce de 3/8" tiene solo 50% más espesor que el de 1/4", pero la carga de corte aumenta en 225% con el mismo ángulo de ataque.

Aumentar el ángulo de ataque reducirá considerablemente la carga, pero reducirá la calidad del material cortado debido a la mayor torsión y curvatura. Es importante destacar que muchas cizallas vendidas en todo el mundo se fabrican con un diseño ligero que incorpora ángulos de ataque ajustables. Estos ángulos suelen ser muy altos, lo que resulta en un material cortado de peor calidad debido a la torsión y curvatura.

Los ángulos de inclinación altos aumentan:

Gire y arquee el trozo de material cortado

Requisitos de longitud de carrera, lo que disminuye los ciclos por minuto.

Desperdicio de material que se ha torcido sin posibilidad de recuperación o tiempo innecesario para volver a enderezarlo

● Por qué es importante ajustar la holgura de la cuchilla

La holgura de las cuchillas es la distancia entre las cuchillas superior e inferior de la cizalla al cruzarse durante el corte. Para una calidad de corte óptima, la holgura entre las cuchillas superior e inferior debe ser de aproximadamente 7% del espesor del material.

Cuando la holgura de la cuchilla es excesiva, el material cortado quedará con rebabas en los bordes. Una holgura insuficiente dejará piezas cortadas con un doble corte.

Un ajuste óptimo de la cuchilla permitirá que el material se fracture limpiamente. La mayoría de las cizallas vienen equipadas con un sistema de separación de cuchillas, ya sea manual o eléctrico; sin embargo, en algunos casos, su ajuste puede ser complicado o limitado.

Parte 3 Factores que influyen en la precisión del corte

A) Caída de la placa

El tope trasero no puede medir la inclinación desde el filo de la cuchilla hasta la barra de tope. En efecto, la inclinación deja las piezas cortadas más largas que el ajuste del tope trasero. El problema es más crítico al cortar material de calibre fino, y puede ser necesario un sistema de soporte de láminas para garantizar una buena precisión.

B) Ajuste de la holgura de la cuchilla

El ajuste de la holgura de la cuchilla influirá en el punto de corte con respecto a la cuchilla inferior. La barra del tope trasero se ajusta para leer la distancia desde la cuchilla inferior fija; sin embargo, al aumentar la holgura de la cuchilla para metales más gruesos, el punto de corte también aumenta al alejarse de la cuchilla.

C)Afilado de la cuchilla

La calidad del corte es directamente proporcional al filo de las cuchillas. Las cuchillas desafiladas dejarán bordes irregulares.

D) Mantenimiento del tope trasero

El mantenimiento preventivo normal, que incluye la lubricación y el reajuste del paralelismo de la barra de tope trasero, es necesario para lograr constantemente una alta precisión del tope trasero.

● Corte biselado

Los bordes cortados pueden estar biselados según la holgura de la cuchilla. De hecho, la longitud de la pieza cortada puede variar en varias milésimas de pulgada al medirse desde la parte superior, media o inferior del corte. El bisel del corte es más visible en calibres más gruesos.

Parte 4 Cuchillas de corte

● Clasificaciones

La mayoría de los fabricantes de hojas de corte producen una variedad de hojas bajo diferentes clasificaciones.

La hoja más dura del mercado se conoce como D2, pero solo debe ofrecerse en tijeras de 1/4" o menos de capacidad debido a su falta de capacidad de absorción de impactos. Si bien esta hoja mantiene el filo durante más tiempo que otros tipos, también es frágil y propensa a fracturarse o astillarse al cortar metales más duros o calibres más gruesos.

Una clasificación común de cuchillas es la de alto carbono y alto cromo. Aunque no es tan dura como la D2, esta cuchilla ofrece una buena resistencia al desgaste para capacidades de corte de hasta 9,5 mm (3/8"). También es propensa a fracturarse o astillarse al cortar metales más duros o calibres más gruesos. Las cizallas con capacidades de corte de 12,7 mm (1/2") o superiores siempre deben venderse con cuchillas resistentes a impactos de alto carbono. Una cuchilla resistente a impactos no mantendrá el filo tan afilado como la D2 o la HCHC, pero sí ofrece las características necesarias para soportar las cargas de placas más pesadas.

Algunos fabricantes de cuchillas también ofrecen una cuchilla intermedia, denominada cuchilla modificada de alto carbono y alto cromo. Esta cuchilla ofrece la dureza necesaria y también resistencia a los impactos para minimizar el astillamiento al cortar metales como aceros inoxidables o chapa T1.

Cómo lograr la máxima vida útil de la cuchilla

El afilado de la cuchilla es fundamental para lograr cortes de alta calidad. Las cuchillas sin filo tendrán que penetrar más profundamente en el material para lograr una fractura limpia. Esto produce un corte menos atractivo y aumenta la presión de corte. Dos factores —el tipo de material a cortar y la cantidad de ciclos de corte— determinan la vida útil normal de la cuchilla. Los materiales más duros, como la placa T1 y los aceros inoxidables, reducen la vida útil de la cuchilla en consecuencia. Para obtener una larga vida útil de las cuchillas de corte, se deben seguir las siguientes reglas:

No corte el metal sobre los bordes quemados

No corte la barra redonda

No corte material que supere la capacidad nominal de la cizalla.

No corte con superficies de filo de cuchillo redondeadas o desafiladas 

No corte con ajustes de espacio libre de la cuchilla inadecuados

Parte 5 Lograr una mayor productividad

● Transportador de cizalla/apilador

La pregunta más básica que se hace un cliente al analizar la función de un transportador/apilador es: "¿Ahorrará este sistema tiempo y dinero?". En una práctica de cizallamiento normal, se requiere una o más personas para retirar la placa cizallada de detrás de la cizalla, apilarla y retirar la chatarra. Un sistema de transportador/apilador lo hace automáticamente, eliminando así la necesidad de una o más personas para esta aplicación. El ahorro en costos es considerable, especialmente cuando se requiere cizallamiento de producción. 

Un estudio de tiempos, que muestra a un solo operador de cizalla que… corta el material necesario, luego recoge el material detrás de la cizalla, apila las placas y separa los cortes de ajuste… produjo el siguiente desglose:

Entrada ……………………………..30%

Corte real ………………….…5%

Salida y apilado ………………65%

El uso de un costo de mano de obra de $30.00 por hora dará como resultado el siguiente desglose:

Alimentación …………………………$ 9.00

Esquila ……………………………1.50

Salida ……………………………19.50

De este estudio se desprende claramente que un sistema transportador/apilador automático tendrá un excelente retorno de la inversión.

● Calibración frontal CNC

Existen muy pocos sistemas de calibración frontal CNC disponibles para operaciones de cizallamiento. Sin embargo, se recomienda considerar un calibre frontal CNC cuando se requiere cizallamiento de alta producción o cortes de diferentes anchos en una misma pieza de material.

La capacidad de programar el número de cortes y las dimensiones de ancho ahorrará una cantidad sustancial de tiempo cuando se requiere un corte de alta producción.

Sin embargo, cabe recordar que el calibrado frontal CNC por sí solo ofrece un aumento limitado en los niveles de producción, ya que la extracción de material aún representa la mayor parte de una aplicación de cizallamiento. (Consulte la información en "Transportador/Apilador de cizallamiento" para un análisis de los porcentajes de entrada, cizallamiento y salida).

El calibrado frontal permite lograr una mayor precisión de corte que una operación de corte estándar, ya que el material se asienta sobre los soportes frontales y proporciona una medición precisa hasta el filo. En una aplicación de corte típica sin calibrado frontal ni soporte de lámina para sujetar la pieza de caída, el material se inclina antes de llegar a la barra de tope, lo que genera imprecisiones.

● Opciones de tope trasero

Los topes traseros de las cizallas varían desde simples contadores mecánicos hasta sistemas CNC.

Es importante considerar la funcionalidad completa del tope trasero y revisar las diversas funciones que ahorran tiempo. Por ejemplo, el botón "Ir a la posición" en el tope trasero es una excelente función para ahorrar tiempo. La posibilidad de configurar rápidamente el número de tope trasero deseado y luego presionar la tecla "Ir a la posición" permite al operador posicionar el metal mientras la barra de calibración se mueve.

Algunos sistemas de calibración incluyen almacenamiento de programas y la opción de corte secuencial en un solo paso. Estas funciones pueden ahorrar mucho tiempo en muchas aplicaciones.

● Tiempos de ciclo de alta velocidad

Los fabricantes de cizallas suelen ofrecer paquetes hidráulicos de alta velocidad. Aunque el ciclo de cizallado real representa un pequeño porcentaje de la aplicación total, esta opción debería considerarse para el cizallado de producción.

Parte 6 Cuestiones de seguridad

La seguridad en el taller de máquinas está regida por las normas y directivas de OSHA y ANSI.

En Canadá, la seguridad está regida por la Ley de Compensación de los Trabajadores.

Información sobre estas organizaciones se puede encontrar en el Manual de Seguridad, Capítulo 1, páginas 6 a 9.

Shear tiene muchas características de seguridad incorporadas en sus máquinas y hay más información disponible en el Capítulo 2, páginas 18 a 21 del Manual de Seguridad.

Algunas de estas características incluyen: protección contra sobrecarga eléctrica, un interruptor de desconexión manual, interruptores de límite, una válvula de alivio de presión para evitar la sobrecarga del bastidor y el sistema hidráulico, y una válvula de contrapeso hidráulica que evita que el ariete baje debido a su propio peso. 

Las tijeras están equipadas con un protector de hoja que cumple con las normas de OSHA, un interruptor de pedal con cubierta y pestillo, y tienen tres modos de funcionamiento: avance lento, automático y manual.

Parte 7 Preguntas para hacerle a un comprador potencial

● ¿Cuál es el espesor máximo del material que va a cortar?

Muchos compradores siguen subdimensionando las máquinas con la esperanza de poder cortar una pieza corta de material con un grosor mayor que la capacidad nominal. Recuerde que las fuerzas de corte se generan en el punto de corte. Insertar una pieza con un grosor mayor que la capacidad nominal bloqueará la cizalla y ejercerá una presión excesiva sobre las cuchillas.

● ¿Qué grados de metal vas a cortar?

Los materiales varían considerablemente en cuanto a resistencia a la tracción y al límite elástico. Todas las cizallas tienen una capacidad nominal en relación con el acero dulce. Sin embargo, es fundamental conocer dicha capacidad. Por ejemplo, una placa de acero dulce de 1/4" puede tener una dureza de tracción de hasta 75 000 psi, pero la cizalla en sí puede tener una capacidad de tracción de solo 1/4" y 60 000 psi. Consulte la "Tabla de Capacidad de Cizallamiento", página 4.10, para obtener una guía sobre cómo determinar la capacidad de cizallamiento para otros metales, como aceros inoxidables, aluminios y placas de acero T1.

● ¿Cuál es la construcción y el peso de la cizalla?

Las cizallas ligeras con mesas de riel dejan mucho que desear a largo plazo. Es difícil mantener la precisión de corte de extremo a extremo debido a las mayores deflexiones horizontales de la bancada y del pistón en cizallas más ligeras. Además, trabajar con una mesa de riel es engorroso, especialmente al cortar piezas pequeñas.

● ¿Cuál es el ángulo de inclinación para una capacidad máxima?

Muchas cizallas, especialmente las de alta mar, se venden con ángulos de inclinación ajustables. El ángulo de inclinación a su capacidad nominal máxima suele ser muy alto, lo que genera tres resultados indeseables:

Aumento de la torsión y curvatura de la pieza de material caída.

Tiempos de ciclo más lentos en capacidades nominales debido a que se requieren longitudes de carrera más largas.

Se requiere tiempo adicional para establecer ángulos de inclinación para diferentes calibres de metal.

● ¿Qué es la funcionalidad del tope trasero?

Los usuarios finales deben tener una comprensión clara de todas las funciones del tope trasero de una cizalla, incluida la facilidad para configurar el número deseado, la programabilidad, las longitudes de recorrido y las características del tope trasero, como la capacidad de girar hacia arriba en el recorrido máximo.

● ¿Qué características opcionales adicionales se requieren?

Se deben identificar y considerar todas las características opcionales para garantizar que la cizalla esté correctamente equipada. ¿El cliente ha considerado un sistema de transporte para la extracción de placas?

● ¿Qué es la garantía de la cizalla y la disponibilidad de piezas?

Una cizalla nueva incluye cierta garantía; sin embargo, es importante comprender las condiciones de la misma antes de comprarla. La disponibilidad de piezas también debe ser una gran preocupación para el comprador. Comprar una máquina de otra marca a un precio atractivo pronto perderá su atractivo si las piezas se vuelven difíciles de conseguir y caras.

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