PRODUCCIÓN ANUALES % PRODUCCIÓN CONSUMO ACTUAL OXÍGENO M3/HR CONSUMO ACTUAL OXÍGENO M3 COSTO DE M3 OXÍGENO DLLS BENEFICIO 3.0 5,343 29.0% 1 5342.94 $6.46 $34,515 TOTAL $34,515 Figura 82
Capítulo 8 CONCLUSIONES
8.1 Conclusiones
Referente al proceso de corte de Láser CO2 utilizando aire como gas de corte podemos mencionar que existe muy poca información e investigación al respecto, a pesar de tener beneficios considerables en su productividad y ahorro tal como lo mencionamos en el capítulo 2, de que nos sirve contar con resonadores de 4,000 o 5,000 Watts si no podemos utilizar dicha potencia para cortar espesor delgados a una mayor velocidad. Sabíamos además que existe un componente de calidad de corte que se ve afectado al utilizar el aire, pero no sabíamos en que medida y si existe manera de contrarrestar estos efectos. Por ello en la etapa de definición en el capítulo 3 definimos el problema planteado como la búsqueda de una mayor velocidad de procesamiento, partiendo de una base de 3.6 m/min un valor de referencia de 5.1 m/min para el espesor de 3mm, sin sobrepasar los métricos críticos de rugosidad y rebaba máxima. Durante la etapa de medición pudimos concluir que los valores actuales de velocidad cortando con oxígeno para un espesor de 3mm es de 3.6 m/min y también observamos como la rugosidad y la rebaba resultante se encuentra por debajo de la especificación máxima de 12.5 µn de Ra y 1 mm respectivamente.
Durante la etapa de Análisis realizamos un experimento fraccionado involucrando la potencia , la velocidad de corte , la presión del aire y la altura de la boquilla concluyendo que la rugosidad no resultó afectada de manera relevante durante la experimentación.
Referente a la variable de respuesta pudimos observar que un incremento en la potencia de salida nos ayuda a reducir los niveles de rebaba, por ello se decidió mantener la potencia en su nivel máximo es decir 3200 Watts durante el segundo experimento. Por otro lado observamos que la distancia entre la boquilla del cabezal y la superficie de la placa también resulto relevante para el nivel de rebaba, ya que si acortamos dicha distancia contribuye a reducir los niveles de rebaba, sin embargo sabemos que debajo de una distancia 0.7 mm, el cabezal tiende a colisionar y a parar el proceso, por ello se decidió mantener la distancia en el mínimo para el siguiente experimento. Por último las variables de presión de gas de corte y velocidad se incluyeron en la experimentación de optimización para caracterizar el proceso y poder crear un modelo que nos permita conocer hasta que nivel de velocidad podemos mantener los parámetros de calidad de corte dentro de especificaciones.
Durante la fase de Incremento en donde se realizó un diseño que incluyó las dos variables a estudiar, velocidad y presión con 3 niveles, es decir un 32 , pudimos confirmar que nuevamente la rugosidad se mantuvo dentro de las especificaciones, y referente a la rebaba producida una mayor velocidad incrementa el nivel de rebaba pero también conocimos que si incrementamos la presión del gas de corte podemos reducir el nivel de rebaba.
Durante el experimento 32 se pudo constatar que si es posible incrementar la velocidad de corte utilizando aire comprimido, ya que se pudo lograr un incremento de en la velocidad de un 25% contra la velocidad al cortar con oxígeno, es decir pudimos cortar el mismo espesor con una velocidad de 4.5 m/min contra una velocidad de 3.6 m/min al cortar con oxígeno. Para ello sabemos que le dimos toda la potencia al resonador, es decir 3,200 Watts y subimos la presión del gas de corte de 0.8 bars a 4.5 bares, obteniendo niveles de rugosidad de Ra de 3.8µm contra una especificación de 12.5µm y una rebaba máxima de 0.54 mm contra una especificación de 1 mm.
Cabe mencionar que durante la experimentación pudimos elevar la presión hasta 4.5 bares medidos en la salida del cabezal de corte ya que a pesar de que el sistema de aire comprimido de la planta entrega 6 bares existen caídas de presión durante su trayecto al cabezal. Esto obligó a que realizáramos la experimentación con una ventana de presión de 3.5 a 4.5 bares, sin embargo al analizar el modelo resultante de la experimentación pudimos comprobar que presentó un excelente ajuste a los datos observados, al obtener un valor de 0.92 en la prueba de hipótesis de perdida de ajuste, lo que significa que el modelo es confiable para estimar. Dada esta condición podemos ver que si lográramos incrementar la presión a la salida del cabezal hasta un nivel de 7 bares pudiéramos lograr incrementos de velocidad del orden de 40%.
Respecto a la implementación podemos concluir que resulta muy sencillo, ya que solo requiere derivar una toma de aire proveniente del secador de aire, ya incluido en la máquina y añadirle un filtro de 5 micrones para eliminar el polvo, un filtro de 0.01 micrones para eliminar el aceite y un regulador de presión, y conectarlo a la toma de nitrógeno que va al cabezal de corte, ya incluida en la máquina, toda esta instalación incluyendo material y mano de obra resulta en una inversión inferior a 300 dólares y un tiempo de preparación de aproximadamente 3 horas.
Referente al plan de control podemos concluir que gracias a la tecnología del controlador de la máquina, solo se requieren dos pasos para poder cortar con aire, por un lado introducir en el controlador los parámetros resultantes de este estudio para un espesor de 3mm de acero al carbón y ligar dichos parámetros a los programas de las partes a cortar que resulten de una placa de 3mm. De esta manera cuando se quiera cortar una parte que involucre un material con espesor de 3mm, solo será necesario llamar al programa y automáticamente la máquina detectará que dicho programa requiere corte con aire y abrirá una válvula en el cabezal de corte que permite el paso del aire y cerrará el paso del oxígeno y controlará la presión y la velocidad de acuerdo a los parámetros definidos previamente. Así solo resta monitorear la calidad de corte resultante durante el inicio de la preparación de corte de la placa para asegurar que no existe ningún problema con el programa, los parámetros, el material o la potencia del resonador.
8.2 Recomendaciones
Basándonos en la conclusiones de este estudio debemos recomendar buscar la manera de incrementar la presión de salida que le llega al cabezal de corte, ya que como se mencionó en el estudio una mayor presión del gas de corte nos ayuda a reducir los niveles de rebaba y durante la experimentación solo se logró incrementar la presión hasta 4.5 bar, una manera puede ser reducir las caídas de presión a lo largo del trayecto o bien justificar cuantitativamente la inversión de un pequeño compresor independiente para la máquina, más aún sabiendo que el sistema de presión de la máquina permite presiones hasta 16 bar.
Por otro lado debemos recomendar el replicar el estudio para los espesores menores a 3mm, ya que la teoría nos indica que con un espesor menor se pueden alcanzar incrementos de velocidad aún mayores, llegando incluso al 100% y con menos rebaba en la salida del corte.
Por último también conocimos que una mayor potencia nos ayuda a incrementar los niveles de velocidad y disminuir la cantidad de rebaba, por ello conviene replicar estudio utilizado un resonador de mayor potencia, ya sea de 4,000 o 5,000 Watts, ya que la potencia resultó altamente relevante estadísticamente para la formación de rebaba al observar un valor del estadístico “p” de tan solo 0.000922, aunado a lo anterior debemos considerar durante la justificación de una nueva máquina Láser el incluir el beneficio del incremento de la productividad al mejorar al velocidad de corte con un resonador de mayor potencia y el beneficio de estar consumiendo solo aire en lugar de oxígeno para todos los espesores delgados o menores a 4 mm.
8.3 Futuros estudios
v Replicar el estudio utilizando un resonador de mayor potencia, ya sea de 4,000 o 5,000 Watts, para conocer hasta que niveles de velocidad es posible llegar.
v Replicar el estudio utilizando una mayor potencia a la salida del cabezal, incluyendo una ventana que pueda llegar a presiones de alrededor de 10 bares y así poder cuantificar y replicar los posibles resultados para el resto de las máquinas.
v Realizar un estudio para conocer los parámetros óptimos para los espesores debajo de 3 mm.
v Estudiar en un diseño de experimentos específicamente las afectaciones o beneficios al modificar el diámetro de la boquilla, la geometría de la boquilla que pudieran redundar en una mayor reducción de la rebaba resultante y por ende que nos permite llegar a un mayor incremento en la velocidad de corte. r al
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APENDICE “A”