Tecnología de corte longitudinal para película plástica

El corte longitudinal para una variedad tan asombrosa de sustratos exige una consideración tanto del proceso como del material que va a cortarse. Si disponemos de diferentes tipos de cortadoras, podríamos programar la producción para utilizar el sistema óptimo (de cuchilla, a cizalla o presión) para el material que se está cortando. Sin embargo, si estamos limitados al empleo de una sola clase de corte longitudinal (de cuchilla, por ejemplo), lograr la perfección en cada tipo posible de película puede ser una meta difícil de alcanzar.

Los tres métodos más comunes para el corte longitudinal de películas son los de cuchilla, cizalla y, ocasionalmente, el de presión/ gofrado. Cada uno de estos métodos separa los materiales de la banda mediante principios claramente diferenciados, que deben comprenderse antes de decidir cuál método usar para obtener resultados óptimos con un material determinado.

1) Características de los tres métodos de corte longitudinal
Corte longitudinal con cuchilla: Este método, actualmente el más común para el corte longitudinal de películas, es sencillo, económico y se adapta a casi cualquier máquina en virtualmente cualquier lugar. Una acción de "corte" o "división" se crea al pasar el material a través de la cuchilla estacionaria, induciendo un esfuerzo de fracturamiento por medio de tensión. El borde resultante depende de las características del material, el espesor, la densidad, la rigidez, las plasticidad, el recubrimiento, los enlaces y otros factores que discutiremos más adelante

El corte longitudinal con cuchilla crea inmediatamente una "ruptura controlada" delante del borde de la cuchilla. Las propiedades mecánicas del material y la forma del borde de la cuchilla determinan la manera cómo se forma esta rotura. Si se forma cerca al borde de la cuchilla, el proceso es relativamente estable. Si se forma muy adelante de la punta, el proceso puede tornarse inestable, generarse imperfecciones y presentarse roturas o divisiones incontroladas. La calidad del borde del corte longitudinal puede mostrar un típico "borde levantado", romper los recubrimientos superficiales y acumular filamentos, polvillo y residuos a lo largo del borde del corte longitudinal.

Cuando se cortan con este método películas plásticas, la relación entre la tensión de la banda y el umbral de deformación frente a la tensión es significativa. Debido a que la cuchilla está avanzando contra la banda, su resistencia debe agregarse a la fuerza de tensión, y cuenta con el potencial de exceder en el corte el límite elástico de los materiales, estirando o deformando los bordes. Una regla básica en este caso es que la tensión de la banda en la zona del corte longitudinal no deberá superarse en cerca del 10 por ciento del límite elástico de los materiales. La tensión de la banda debe ser igual en ambos lados de la cuchilla para evitar las fuerzas asimétricas que pueden ocasionar una línea ondulada de corte, desgarramiento de la película, o que la banda de refile se doble bajo la cuchilla, el corte de cuchilla en un refile de desperdicio angosto sin proporcionarle a la banda la tensión adecuada, sobre todo en el borde del refile, es un camino seguro a la frustración.

Dependiendo de las características de la banda y de la geometría del montaje, el ángulo de incidencia de la cuchilla con respecto a la banda influirá en la calidad del borde de corte. Un ángulo bajo emplea un borde de corte longitudinal más largo, cuenta con una menor área de sección transversal de la cuchilla, y un menor avance sobre la banda; pero muestra a la vez una mayor tendencia a desviar la banda del borde de la cuchilla. Los ángulos de cuchilla muy inclinados ofrecen un borde de corte longitudinal más corto y una sección transversal de la cuchilla más grueso. La resistencia al avance se aumenta, la banda se desvía menos, pero es más probable que se presente una deformación del borde del corte longitudinal.

Para extender el desgaste sobre un borde más largo, muchos sistemas de corte longitudinal con cuchilla realizan un movimiento oscilatorio del portacuchillas, pero este movimiento no debería producir "ondulación" en la banda. Obviamente, los sistemas configurados con pistas envolventes son inmunes a este tipo de ondulación cuando se comparan con cuchillas oscilantes en trayectos largos, que tienen un gran potencial para ocasionar esta ondulación. Para retardar el desgaste, la cuchillas deben recubrirse con TiN nitruro de titanio, cerámica, o con DLC (Diamond-Like Coating, un protector superduro de carbono tipo diamante). También, se hallan disponibles para aplicaciones de trabajo de alta resistencia cuchillas de carburo de tungsteno sólido y de cerámica. Las cuchillas utilitarias de bajo costo pueden tener un acabado afilado basto que a su vez puede generar mayor fricción, polvo y amellarse rápidamente.

El corte longitudinal con cizalla es el método más versátil y, a diferencia de cualquier otro sistema, puede respaldar una mayor variedad de materiales. Una tensión de cizalla se crea a medida que el material pasa a través del punto de contacto formado por la cuchilla superior y la parte más baja del anillo de corte. De manera general, el establecimiento del punto correcto de contacto para el corte es un asunto más complejo y no siempre bien comprendido. La configuración apropiada de este punto de contacto debe tomar en consideración factores como: trayectoria de la banda (envolvente vs. tangencial), perfil del borde de la cuchilla, ángulo de la cuchilla (bisel), traslape de la cuchilla, sobrevelocidad y la trayectoria de remoción del corte. Cuando el punto de contacto de la cizalla se configura apropiadamente, la calidad del corte longitudinal es insuperable.

Al ser observado con un microscopio, un borde de corte longitudinal con cizalla que se ha realizado adecuadamente muestra los efectos de una verdadera tensión de corte en el material de la banda. Sin embargo, se aprecian sutiles diferencias entre los dos bordes. Aquel que ha sido sostenido por el anillo más bajo de la cortadora longitudinal tendrá el borde más perfecto, en tanto que el borde que no se sostuvo (que ha sido cortado por la cuchilla superior) mostrará la evidencia de haber sido desplazado por la cuchilla en su tránsito a través de las cortadoras. Cuando se cortan películas longitudinalmente, éste es por lo general el único borde que podría tener el borde ondulado, levantado, dependiendo del perfil de la cuchilla, etc. Minimizar el efecto de este desplazamiento es la clave para optimizar la calidad del corte longitudinal con cizalla.

Los perfiles del borde de cuchilla angostos, de borde agudo, se contrastan con perfiles de ángulo amplios y de bajo filo. Al elegir el perfil apropiado debe tenerse en cuenta la trayectoria de la banda (envolvente o tangencial), las características del material en la banda y la manera como reacciona ante la presencia de la cuchilla superior en la cortadora durante el trayecto. Véanse las gráficas "Perfiles de cuchilla, sistemas de corte longitudinal envolvente con cizalla" y "Perfiles de cuchillas, corte longitudinal tangencial."

* El método por presión es el menos común para el corte longitudinal de películas. La presión crea el corte en el punto de contacto entre el rodillo yunque y la rueda de corte. Este es el método que más polvillo crea y el que ofrece la menor calidad de borde. La calidad del corte es variable y depende del material que se está cortando, del perfil del borde de la cuchilla, de la terminación del borde y de la suavidad del yunque. Bajo un microscopio, el borde resultante se verá irregular (serrado) y con frecuencia se aprecia una cresta formada por material que ha sido desplazado por la punta de la cuchilla. Los materiales muy densos o gruesos pueden requerir fuerzas de punto de contacto que superan la resistencia a la deformación de la cuchilla de acero, lo que hace impráctico el corte longitudinal por presión.

El cuadro Perfiles de cuchilla para corte longitudinal por presiónilustra los perfiles típicos de la cuchilla utilizados para varios materiales en rollo. Puede requerirse algún tipo de experimentación para hallar un perfil óptimo.

2) Características de los materiales que se están cortando longitudinalmente:
Actualmente, para cortar películas longitudinalmente debemos identificar las propiedades dominantes de cualquier material determinado que nos permita seleccionar el método óptimo (de cuchilla, cizalla o presión). Desde el punto de vista del corte debemos entonces considerar cada una de las siguientes propiedades y la manera cómo los materiales con tales características reaccionan a medida que se están cortando:

* Calibre (espesor). ¿Qué tan gruesa o delgada es la película? Para películas en extremo delgadas, el de cuchilla es el método obvio. A medida que aumenta el calibre, la resistencia al corte se incrementa y disminuye la calidad del borde. Los límites superior e inferior del calibre para el corte longitudinal con cizalla dependen del perfil de la cuchilla y de la geometría del punto de contacto del sistema.

* Densidad. Los materiales de baja densidad se "comprimirán" o "extruirán" en el punto de contacto del sistema de cizalla, aunque el sistema de cuchilla no se halla tampoco inmune a la "extrusión". Las películas con una densidad extremadamente baja pueden cortarse longitudinalmente con éxito usando el sistema de presión si la calidad del borde no constituye un problema. Los materiales de alta densidad se cortan longitudinalmente sin esfuerzo cuando se emplea el método de corte con cizalla.

* Elongación. Las películas con baja elongación se fracturan "abruptamente" bajo presión; al cortar longitudinalmente con cuchilla la fractura puede ser incontrolable. El corte longitudinal con cizalla de películas con baja elongación es un proceso muy estable. Las películas con alta elongación son más fáciles de cortar longitudinalmente con cuchillas, pero pueden también formarse con mayor facilidad "bordes elevados". La tensión de la banda puede tener influencia en la calidad del borde de la cuchilla de corte en las películas de alta elongación.

* Rigidez. Las películas demasiado rígidas se comportarán por lo general de manera similar a las películas de baja elongación y se cortan fácilmente con el método de cizalla. La rigidez se convertirá en un problema a medida que aumente el grosor, en cuyo caso se generará un conflicto severo con las cuchillas de las cortadoras, limitando la capacidad de cortar longitudinalmente con métodos convencionales.

* Resistencia a la tensión. Los arámidos se encuentran en un extremo de la escala de resistencia a la tensión y el polietileno en el otro extremo. Los materiales con alta resistencia a la tensión generalmente se cortan mejor con el método de cizalla, en especial cuando aumenta el espesor. El corte longitudinal por presión se aplica mejor a los materiales con baja resistencia a la tensión.

* Abrasión. Para películas con un alto nivel de abrasión, nada supera al proceso de corte longitudinal con cizalla, en el que las cuchillas pueden tener un recubrimiento de carburo o cerámica. El corte longitudinal por presión puede ser posible si se admiten tolerancias de baja calidad de los bordes.

* Compresión. La compresión en películas delgadas no representa por lo general un problema cuando se realiza el corte longitudinal con cuchilla. Con sustratos de alta compresibilidad, el corte con cizalla puede ocasionar un perfil de corte convexo/cóncavo a medida que aumenta el calibre. Las películas de baja compresibilidad (alta densidad) se cortan fácilmente con el método de cizalla, pero de manera deficiente con el método de corte longitudinal por presión.

3) Adaptación del material al mejor método de corte longitudinal:
Como lo anotamos, es necesario identificar las propiedades dominantes de cualquier película determinada para seleccionar el método óptimo de corte longitudinal (de cuchilla, cizalla o presión). Algunas de esas propiedades se adaptan a casi cualquier sistema de corte, en especial cuando se trata de películas delgadas. Pero, para obtener una calidad óptima de borde de corte, será útil seguir las siguientes directrices.

Las cortadoras longitudinales de cuchilla se adaptan bien si la película tiene valores bajos en términos de calibre, densidad, elongación, resistencia a la tensión y abrasión.

Las cortadoras longitudinales de cizalla pueden procesar con éxito cualquier material clasificado como de "banda flexible", independientemente de las propiedades señaladas anteriormente. Obviamente, un sistema de corte longitudinal con cizalla debe estar diseñado para respaldar el material de banda de acuerdo a su propiedad dominante.

Las cortadoras longitudinales por presión se limitan generalmente al procesamiento de películas que tengan bajos valores en términos de calibre, densidad, rigidez, resistencia a la tensión y altos valores de elongación, abrasión y compresión.

En resumen
Este panorama general acerca del corte longitudinal de películas ha tratado la necesidad de adecuar las características de la película a un método apropiado para ofrecer la calidad óptima en el borde del corte. En muchos casos, cuando se están cortando sólo unas cuantas películas similares, puede requerirse únicamente de un tipo de cortadora para manejar las pocas variables. En otros casos, al procesar un rango más amplio de productos, puede ser necesaria la modificación del equipo de corte longitudinal existente para manejar una variedad mayor de materiales de banda. Agregar un sistema de corte longitudinal con cizalla a una máquina existente de corte con cuchilla ha demostrado ser una táctica viable siempre y cuando el diseño de la máquina lo permita. El ritmo de transformación en las películas durante las últimas décadas es un indicador de que en un futuro esta evolución se continuará dando y de que es necesario mantenernos informados y preparados para satisfacer las exigencias de nuestros clientes por productos con una calidad cada vez mayor.