DEFINIÇÃO DE OFFSETS A IMPOR EM FUNÇÃO DA ESPESSURA, TIPO DE MATERIAL E PARÂMETROS DO PROCESSO POR CORTE A LASER

Abstract

The laser cutting process is one of the most commonly used methods today, playing a crucial role in industrial contexts. It is a process that typically initiates the manufacturing chain of a component, followed by other manufacturing processes. In fact, by ensuring high dimensional accuracy after cutting for most applications, it avoids intermediate dimensional adjustments, thereby optimizing production times. However, in other situations, such as cutting materials with higher reflectivity or thicker sheets, larger dimensional deviations are observed compared to the initially designed dimensions, along with surface deterioration resulting from the use of new cutting parameters.In order to reduce dimensional deviations, as a first methodology, they can be treated as offsets and corrected in the input data of the cutting equipment, meaning that the intervention could be done at the CAD file level, with corrected dimensions for the desired thickness to be cut. However, considering the specifics of the process and cutting parameters, such as focal distance, it may indicate that the cut is not perfectly perpendicular to the surface, and in this sense, the first methodology needs to be affected by correction factors.The objective of this dissertation is to qualitatively and quantitatively assess the severity of the dimensional deviation caused by laser cutting. In this regard, several cuts were made on AISI 304 stainless steel sheets under different cutting conditions and sheet thicknesses.After the cutting process, a detailed metrological analysis of the cutting surfaces was carried out, measuring the dimensional deviation between similar cuts, between the top and bottom of the sheets, and using surface scanning techniques to assess the morphology of the cut surfaces.Taking into account the cutting surfaces, particularly for thicker sheets, it was concluded that defining offsets based solely on cutting parameters is not the most suitable approach for mitigating dimensional deviations. In fact, within the studied parameters, it was not possible to find any parameter that completely mitigated the dimensional deviation throughout the thickness, and the situation was worse for thicker sheets. Finally, based on the obtained results, conclusions were drawn regarding the laser parameters and material thickness that would be of most interest to Quantal, S.A., the company where this dissertation was conducted. This further reinforces the need to determine a more complex corrective factor that should intervene not only geometrically but also in cutting parameters.

O processo de corte a laser é um dos mais utilizados atualmente tendo um papel muito importante em contexto industrial. Trata-se de um processo que normalmente dá início da cadeia de fabrico de um componente sendo, por isso, seguido de outros processos de fabrico. De facto, por garantir alto rigor dimensional após o corte para a generalidade das aplicações evita etapas intermédias de ajuste dimensional, otimizando tempos de produção. Porém, noutras situações, como o corte de um material com refletividade mais elevada ou de chapas com uma espessura superior, começam-se a notar desvios dimensionais maiores relativamente ao que é inicialmente projetado, para além da deterioração superficial advinda do uso de novos parâmetros de corte. Com o objetivo de diminuir os desvios dimensionais, como primeira metodologia, estes podem ser tratados como offsets e ser corrigidos em sede de dado de entrada do equipamento de corte, ou seja, a intervenção poderia ser feita a nível do ficheiro CAD, com dimensões corrigidas para a espessura que se pretendesse cortar. Porém, tendo em conta as especificidades do processo e os parâmetros de corte, como a distância focal, poderá indicar que o corte não é perfeitamente perpendicular à superfície e, nesse sentido, a primeira metodologia terá de ser afetada de fatores de correção.O objetivo desta dissertação é assim aferir qualitativa e quantitativamente a severidade do desvio dimensional promovida pelo corte a laser. Neste sentido os trabalhos foram efetuados vários cortes em chapa de aço inoxidável AISI 304, para diferentes condições de corte e espessura de chapa. Após o corte, procedeu-se a uma análise metrológica pormenorizada das superfícies de corte, aferindo o desvio dimensional entre cortes semelhantes, entre topo e base das chapas e, através de técnicas de digitalização de superfícies, da morfologia superfícies cortadas.Tendo em conta as superfícies de corte, nomeadamente das chapas com mais espessura, concluiu-se que uma definição de offsets baseados somente nos parâmetros de corte, não será a abordagem mais adequada para a mitigação do desvio dimensional. De facto, dentro dos parâmetros estudados, não foi possível encontrar nenhum parâmetro que mitigasse totalmente o desvio dimensional ao longo da espessura, sendo pior para as chapas de maior espessura. Por último, tendo em conta os resultados obtidos, foi tirada uma conclusão no que toca aos parâmetros do laser e espessura do material que mais interesse teriam para a empresa Quantal, S.A., onde decorreram os trabalhos da presente dissertação. Este último facto reforça que é necessário determinar um fator corretivo mais complexo, que deverá intervir não só a nível geométrico como em parâmetros de corte.