ES2263998T3 - Procedimiento de mecanizacion con laser de chapas revestidas. - Google Patents
Procedimiento de mecanizacion con laser de chapas revestidas.Info
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Abstract
Procedimiento de mecanización con láser de chapas revestidas, en el que se produce en al menos un lado de al menos una chapa por medio del láser al menos una variación de la topografía que sobresale de la superficie, siendo conducido el rayo láser hacia la superficie por medio de un dispositivo de escáner, caracterizado porque - el rayo láser produce la al menos una variación de la topografía en el lado de la al menos una chapa alejado del mismo fundiendo para ello continuamente esta chapa en la zona de su superficie de mecanización, y/o - el rayo láser describe alrededor del centro de su superficie de mecanización una espiral que se hace cada vez más estrecha.
Description
Procedimiento de mecanización con láser de
chapas revestidas.
La invención concierne a un procedimiento de
mecanización con láser de chapas revestidas según el preámbulo de
la reivindicación 1. Un procedimiento de esta clase es ya conocido
por el documento DE 44 07 190 A1 o por el documento WO 99/08829
A1.
En muchas chapas revestidas, especialmente en
chapas revestidas de zinc, como las que se emplean en la industria
del automóvil, el material de revestimiento presenta un punto de
ebullición netamente más bajo que el punto de fusión del material
de la chapa. Al soldar con láser tales chapas se producen en la
junta de solapamiento unas evaporaciones a manera de explosiones de
material de revestimiento que perjudican fuertemente la calidad de
la unión.
Para mejorar la calidad de la unión se ha
propuesto ya producir entre las chapas por medio de distanciadores
unas estrechas rendijas hacia las cuales puede escapar el material
de revestimiento evaporado. Se pueden producir distanciadores
adecuados de forma de cráter según el documento JP
11-047967 mediante bombardeo con láser de la
superficie. Según el documento DE 44 07 190 A1, se pueden producir
distanciadores a manera de moleteados por medio de un dispositivo de
escáner por láser.
Es desventajoso a este respecto sobre todo el
tiempo de mecanización relativamente largo necesario, que ocasiona
unos costes considerables, especialmente en la producción en
serie.
Por tanto, el cometido de la presente invención
consiste en reducir el tiempo de mecanización necesario para la
producción de los distanciadores y, a la vez, al menos conservar,
preferiblemente mejorar, la calidad de la mecanización.
La invención se reproduce con respecto al
procedimiento a crear por medio de las características de la
reivindicación 1. La demás reivindicaciones contienen ejecuciones y
perfeccionamientos ventajosos del procedimiento según la invención
(reivindicaciones 2 a 6).
El problema se resuelve según la invención en lo
que respecta al procedimiento a crear por medio de las
características descritas en la parte caracterizadora de la
reivindicación 1.
En una forma de realización ventajosa del
procedimiento según la invención el rayo láser genera la al menos
una variación de la topografía en el lado de la al menos una chapa
alejado del mismo fundiendo continuamente para ello esta chapa en
la zona de su superficie de mecanización. A este fin, se ha de
prefijar un tiempo de mecanización adecuado hasta el paso o bien
prever un sensor de paso que regule el tiempo de mecanización. Esta
ejecución hace posible una aceleración adicional del procedimiento
al soldar entre sí varias chapas. En el procedimiento según el
documento JP 11-047967 se alinea primero una chapa
individual y luego se aplican variaciones de topografía sobre esta
chapa, seguidamente se alimenta una chapa adicional y se alinea ésta
con relación a la primera, y después se comprimen una contra otra y
se sueldan ambas chapas. Sin embargo, es más ventajoso alinear
ambas chapas conjuntamente sin presión de apriete. Debido a la falta
de presión de apriete queda entre las chapas una rendija mínima
suficiente para la mayoría de las aplicaciones, pero ésta puede ser
garantizada también por medio de un dispositivo de alineación
adecuado. Seguidamente, se introducen variaciones de la topografía
a través de una o bien a través de las dos chapas de conformidad con
esta forma de realización ventajosa del procedimiento de la
invención. A continuación, se comprimen las chapas una contra otra
y se sueldan una con otra. En vista de la alta velocidad del
dispositivo de escáner y de la generación de las variaciones de la
topografía, el ahorro de un proceso de alineación significa un
ahorro de tiempo muy importante.
Es ventajoso también que el rayo láser sea
guiado por el dispositivo de escáner de tal manera que describa
alrededor del centro de su superficie de mecanización una espiral
que se va haciendo cada vez más estrecha. Esto hace posibles,
especialmente en el caso de una mecanización por bombardeo, unas
operaciones de fusión y enfriamiento más uniformes y, por tanto, la
obtención de una variación de la topografía en forma de un resalto
homogéneamente contorneado.
Un dispositivo de escáner es un dispositivo de
deflexión de radiación especialmente rápido y flexible, por ejemplo
un sistema de espejo (constituido por al menos un espejo basculable
controlable uniaxial o multiaxialmente) o bien moduladores
acustoópticos.
La gran ventaja del procedimiento según la
invención frente al propuesto en el documento JP
11-047967 consiste en que el dispositivo de escáner
se mueve uniformemente con relación a la superficie de una chapa y
el dispositivo de escáner conduce entonces el rayo láser durante un
corto espacio de tiempo de mecanización hacia una superficie de
mecanización y luego lo desvía muy rápidamente hacia otra superficie
de mecanización. De este modo, casi se suprimen completamente los
tiempos necesarios para el reposicionamiento del rayo láser. Por
tanto, se hace posible un grado de aprovechamiento muy alto del
sistema de láser.
En contraste con esto, en un sistema de láser
convencional, como el que se utiliza, por ejemplo, en el documento
JP 11-047967, se conduce un rayo láser por medio de
un sistema rígido de lentes hacia la superficie de mecanización.
Para la transición a una segunda superficie de mecanización se tiene
que mover el sistema de lentes con relación al componente, y
mientras tanto se tiene que desconectar el láser. Además, la
posición y disposición de las variaciones de la topografía pueden
ser libremente programables según la invención dentro del campo de
mecanización del escáner de láser. En comparación con el sistema
rígido de lentes, el escáner de láser no tiene que ser posicionado
sobre las distintas variaciones de la topografía, sino que puede ser
conducido de manera ventajosa sobre una trayectoria optimizada
entre las variaciones de la topografía. Resultan de estas
diferencias unos tiempos de mecanización necesarios muy diferentes:
Por medio de un escáner de láser es posible la producción de 30
variaciones adecuadas de la topografía en aproximadamente 0,3
segundos, mientras que un sistema convencional requiere un tiempo de
mecanización aproximadamente diez veces mayor.
En una forma de realización ventajosa del
procedimiento según la invención el rayo láser no está enfocado
sobre la superficie. Preferiblemente, el foco se encuentra a una
distancia tal de la superficie de la chapa a mecanizar que el plano
de irradiación del láser sobre la superficie sobrepasa su plano
focal en al menos un 50% y mejor en un 200%. Se cubre todo el plano
de mecanización por movimiento del plano de irradiación por medio
de una desviación mínima del rayo láser. Este calentamiento
superficial homogeneiza el proceso de fusión del revestimiento y la
chapa y favorece la formación de variaciones adecuadas de la
topografía.
En otra forma de realización ventajosa del
procedimiento según la invención se pone al menos una chapa
adicional en contacto con la al menos una chapa revestida de tal
manera que la al menos una variación sobresaliente de la topografía
origine la formación de al menos una rendija entre las al menos dos
chapas, y las al menos dos chapas se sueldan una con otra en la
zona de la al menos una rendija de tal manera que los productos de
evaporación que entonces se presenten puedan escapar hacia la al
menos una rendija. La posibilidad de escape para los productos de
evaporación garantiza una calidad sensiblemente más alta de la
costura de soldadura.
En otra forma de realización ventajosa del
procedimiento según la invención se soldarán las al menos dos chapas
una con otra de tal manera que la costura de soldadura obtenida se
suelde al menos en parte sobre la al menos una variación de la
topografía previamente producida.
Cada una de estas variaciones de la topografía
representa una lesión del revestimiento, ya que éste se evapora a
consecuencia de la irradiación con láser y dejas tras de sí el
material desnudo de la chapa. En particular, un revestimiento de
zinc en la construcción de automóviles sirve como protección contra
la corrosión. Cada lesión puede representar un germen de corrosión.
Una costura de soldadura representa ciertamente también una lesión
de esta clase, pero es forzosamente necesaria para la unión. Como
quiera que la costura de soldadura se traza sobre las variaciones
de la superficie y las sustituye al menos en parte, se reduce el
número de gérmenes de corrosión posibles y, por tanto, se aminora
el riesgo de corrosión. Para un tratamiento subsiguiente de
protección contra la corrosión, especialmente una galvanización, es
esencial la forma de las variaciones de la topografía: Según la
invención, se forma una cresta uniformemente contorneada y según el
documento JP 11-047967 se forma un cráter. Una
cresta presenta una superficie más pequeña que un cráter formado a
partir de la misma cantidad de material y, por tanto, ofrece una
superficie de ataque más pequeña frente a la corrosión. Además, una
cresta puede ser galvanizada por todos los lados incluso entre dos
chapas. Sin embargo, un cráter es cubierto por la chapa situada
encima y no puede ser galvanizado por dentro. Al interior del cráter
puede llegar humedad durante el ensamble de las chapas y la
variación de la topografía se convierte en el germen de la
corrosión.
A continuación, se explica con detalle el
procedimiento según la invención ayudándose de dos ejemplos de
realización:
En un primer ejemplo de realización se alinea
una chapa revestida, se traslada uniformemente sobre ella un
dispositivo de escáner y éste conduce sucesivamente un rayo láser
hacia varias superficies de mecanización. El dispositivo de escáner
está constituido por un sistema de espejo bidimensionalmente
basculable, controlado por ordenador. El dispositivo de escáner
presenta aproximadamente 320 mm de distancia a la superficie de la
chapa y el foco del láser se encuentra aproximadamente 20 mm delante
de la superficie. Desenfocando el rayo láser se efectúa un
calentamiento superficial y uniforme de la superficie de
mecanización. Resultan de ello una evaporación más uniforme del
revestimiento y la formación de una variación de la topografía en
forma de una cresta uniformemente contorneada. Después de producir
el número necesario de variaciones de la topografía, se alimenta y
se alinea una segunda chapa y seguidamente se comprimen ambas chapas
una contra otra y se sueldan una con otra.
En un segundo ejemplo de realización se alinean
dos chapas revestidas de manera que queden distanciadas una sobre
otra. Se traslada uniformemente sobre ellas un dispositivo de
escáner y éste conduce un rayo láser sucesivamente hacia varias
superficies de mecanización. El dispositivo de escáner está
constituido por un sistema de espejo bidimensionalmente basculable
controlado por ordenador. El dispositivo de escáner presenta
aproximadamente 305 mm de distancia a la superficie de una chapa y
el foco del láser se encuentra aproximadamente 4-7
mm delante de la superficie. El rayo láser es conducido por el
dispositivo de escáner de tal manera que describa alrededor del
centro de su superficie de mecanización una espiral que se hace cada
vez más estrecha. Desenfocando el rayo láser se efectúa un
calentamiento superficial y uniforme de la superficie de
mecanización. Debido al movimiento en forma de espiral de fuera a
dentro tiene lugar una configuración más uniforme de la variación
de la topografía - en el lado de la chapa alejado del láser - en
forma de una cresta uniformemente contorneada. Después de producir
el número necesario de variaciones de la topografía se comprimen
ambas chapas una contra otra y se sueldan una con otra. La costura
de soldadura se extiende entonces al menos sobre algunas de las
variaciones de la topografía.
El procedimiento según la invención se
manifiesta en las formas de realización de los ejemplos
anteriormente descritos como especialmente adecuado para la
soldadura con láser de chapas revestidas en la industria del
automóvil.
En particular, se pueden lograr así
considerables ventajas respecto del tiempo de mecanización. Ahora
bien, la protección contra la corrosión puede ser mejorada por
medio de la forma mejorada de las variaciones de la topografía y
por medio del guiado de la costura de soldadura sobre al menos una
parte de dichas variaciones de la topografía.
La invención no se limita tan sólo a los
ejemplos de realización anteriormente expuestos, sino que, por el
contrario, puede ser transferida a otros ejemplos.
Así, por ejemplo, es imaginable que el
dispositivo de escáner esté formado por moduladores acustoópticos en
lugar de formarlo por medio de un sistema de espejo. Asimismo, es
posible que, en lugar de conducir el escáner de láser sobre la
superficie de la pieza componente, se muevan las piezas componentes
por debajo de un escáner estacionario. Eventualmente, el escáner y
la pieza componente pueden realizar unos movimientos mutuamente
coordinados.
La distancia del dispositivo de escáner a la
chapa y el grado de desenfoque no son tampoco forzosos y, en caso
necesario, pueden adaptarse, por ejemplo, a la potencia del láser o
bien al material de la chapa y/o del revestimiento. Además, puede
ser ventajoso variar de manera adecuada la potencia del láser
durante la irradiación.
Claims (4)
1. Procedimiento de mecanización con láser de
chapas revestidas, en el que se produce en al menos un lado de al
menos una chapa por medio del láser al menos una variación de la
topografía que sobresale de la superficie, siendo conducido el rayo
láser hacia la superficie por medio de un dispositivo de
escá-
ner,
ner,
caracterizado porque
- -
- el rayo láser produce la al menos una variación de la topografía en el lado de la al menos una chapa alejado del mismo fundiendo para ello continuamente esta chapa en la zona de su superficie de mecanización, y/o
- -
- el rayo láser describe alrededor del centro de su superficie de mecanización una espiral que se hace cada vez más estrecha.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el rayo láser no se enfoca sobre la
superficie.
3. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se pone al
menos una chapa adicional en contacto con la al menos una chapa
revestida de tal manera que la al menos una variación de topografía
sobresaliente produzca la formación de al menos una rendija entre
las al menos dos chapas, y porque las al menos dos chapas se
sueldan una con otra en la zona de la al menos una rendija de tal
manera que los productos de evaporación que entonces se presenten
puedan escapar hacia la al menos una rendija.
4. Procedimiento según la reivindicación 3,
caracterizado porque las al menos dos chapas se sueldan una
con otra de tal manera que la costura de soldadura obtenida
sustituya al menos parcialmente a la al menos una variación de
topografía previamente producida.
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