Laminado de Metales: Proceso y Principios (Con Diagrama)

Después de leer este artículo, aprenderemos sobre: - 1. Significado de rodar 2. Proceso de rodar 3. Principios 4. Carga y requisitos de potencia 5. Lubricación 6. Defectos.

Significado de rodar:

El proceso de conformación de metales en formas semiacabadas o terminadas pasando entre rodillos se denomina laminación. El laminado es el proceso de conformado de metal más utilizado. Se emplea para convertir lingotes de metal en miembros simples como floraciones, palanquillas, losas, hojas, placas, tiras, etc.

En el laminado, el metal se deforma plásticamente al pasarlo entre rodillos que giran en dirección opuesta. El principal objetivo del laminado es disminuir el grosor del metal. Por lo general, hay un aumento insignificante en el ancho, por lo que la disminución en el espesor resulta en un aumento en la longitud.

El proceso de laminación se muestra en la Fig. 2.1:

El rodado se realiza tanto en caliente como en frío. Se realiza en laminadores. Un laminador es una máquina compleja que tiene dos o más rodillos de trabajo, rodillos de soporte, soportes de rodillos, motor de accionamiento, engranaje reductor, volante, engranaje de acoplamiento, etc.

Los rodillos pueden ser planos o ranurados, según la forma del producto enrollado. El metal cambia de forma gradualmente durante el período en el que está en contacto con los dos rodillos.

La gama de productos que se pueden producir por laminación es muy grande. El laminado es un método de deformación más económico que el forjado cuando se requiere metal en largas longitudes de sección transversal uniforme.

Es uno de los más utilizados entre todos los procesos de trabajo de metal, debido a su mayor productividad y menor costo. Los materiales comúnmente laminados son acero, cobre, magnesio, aluminio y sus aleaciones.

Proceso de laminación:

El proceso de laminación tiene tres pasos para completar el producto como se muestra en la Fig. 2.2:

Fig. 2.2. Secuencia de operaciones involucradas en la fabricación de productos laminados.

(i) Rolling primario:

La laminación primaria se utiliza para convertir lingotes de metal en miembros simples como flores y losas. Este proceso refina la estructura del lingote fundido, mejora sus propiedades mecánicas y elimina los defectos internos ocultos.

(ii) Laminado en caliente:

Floraciones y forjados obtenidos del laminado primario, nuevamente convertidos en placas, láminas, varillas y formas estructurales, por proceso de laminado en caliente.

(iii) Laminado en frío:

El laminado en frío es generalmente un proceso de acabado en el que los productos fabricados por laminado en caliente tienen una forma final. Estos procesos proporcionan un buen acabado superficial, tolerancias dimensionales más cercanas y mejoran la resistencia mecánica del material.

El acero que obtenemos de un taller de fusión o de plantas de fabricación de acero es principalmente en forma de lingotes. Los lingotes tienen una sección transversal aproximadamente cuadrada de 1.5 x 1.5 m, y pesan en toneladas.

Estos lingotes se calientan primero a aproximadamente 1200 ° C en pozos de remojo y luego se pasan a través de rodillos para producir formas intermedias como flores. Las floraciones se enrollan a palanquillas y las palanquillas a las secciones deseadas como plano, cuadrado, hexagonal, ángulo, I, U, etc. El miembro mencionado anteriormente tiene aproximadamente los siguientes tamaños.

Lingotes fundidos: 1, 5 mx 1, 5 m (sección transversal rectangular)

Floraciones - 150 mm a 400 mm cuadrados.

Losas: ancho: 500 a 1800 mm (sección transversal rectangular) espesor: 50 a 300 mm

Palanquillas - de 30 mm a 150 mm cuadrados. (Más pequeño que las flores)

Placas de 6 mm o más de espesor, 1200-1400 mm de ancho, 6000 mm de largo.

Hojas de espesor de 0.5 mm a 5.0 mm

Tira: Ancho: 750 mm o menos. (Placa u hoja angosta).

La figura 2.3 muestra las etapas sucesivas en la reducción de un tocho (100 x 100 mm) a una barra redonda. El tocho se gira a 90 ° después de cada pasada.

Principios de Rolling:

La laminación es un proceso que consiste en pasar el metal a través de un espacio entre rodillos que giran en dirección opuesta. Esta brecha es más pequeña que el espesor de la pieza que se está trabajando. Por lo tanto, los rodillos comprimen el metal mientras que al mismo tiempo lo desplazan hacia adelante debido a la fricción en las interfaces de rodillo-metal.

Cuando la pieza de trabajo pasa completamente a través del espacio entre los rodillos, se considera completamente trabajada. Como resultado, el espesor del trabajo disminuye mientras que su longitud y ancho aumentan.

Sin embargo, el aumento en el ancho es insignificante y generalmente se descuida. La Fig. 2.4 muestra la operación de laminación simple de una placa. La disminución del grosor se denomina calado, mientras que el aumento de la longitud se denomina alargamiento absoluto. El aumento de ancho se conoce como propagación absoluta.

Otros dos términos son el borrador relativo y el coeficiente de alargamiento se puede dar de la siguiente manera:

La ecuación anterior (3) muestra que el coeficiente de alargamiento es adversamente proporcional a la relación de las áreas de la sección transversal final a la original del trabajo. Además, la ecuación (2) muestra que el coeficiente de alargamiento es proporcional a la relación de las longitudes finales y originales del trabajo.

La figura 2.5 muestra la zona de deformación, el estado de tensión, el ángulo de contacto en el proceso de laminación. El metal se deforma en el área sombreada, conocida como zona de deformación. El metal no sufre ninguna deformación antes y después de la zona de deformación.

También se puede ver que el metal que sufre la deformación está en contacto con cada uno de los rodillos a lo largo del arco AB. El arco-AB se llama el arco de contacto. Su ángulo correspondiente (α) se denomina ángulo de contacto o ángulo de mordida.

A partir de la geometría del dibujo y aplicando trigonometría simple, el ángulo de mordida se puede dar como:

La ecuación anterior (4) proporciona la relación entre los parámetros de geometría del proceso de rodadura, el ángulo de mordida, el calado y el radio de los rodillos.

Para garantizar que el metal se desplace por fricción, el ángulo de contacto (α) debe ser menor que el ángulo de fricción (β), donde tan ß = µ (el coeficiente de fricción entre la superficie del rodillo y el metal).

El valor máximo permisible del ángulo de contacto (α) depende de otros factores como:

(i) Material de los rodillos.

(ii) Material de trabajo en rollo.

(iii) Temperatura de laminación.

(iv) Velocidad de los rodillos, etc.

La tabla indica el ángulo máximo de mordida (α) recomendado para diferentes procesos de laminación:

Requisitos de carga y potencia para el rodamiento:

La zona de deformación, el estado de tensión y el ángulo de contacto en la laminación se muestran en la Fig. 2.4, (laminación simple de una placa). El principal sistema de tensión producido en la zona de deformación es la compresión triaxial. La tensión máxima o principal está actuando normal a la dirección de rodar.

El metal deformado está ejerciendo una fuerza igual y opuesta en cada uno de los rodillos para satisfacer las condiciones de equilibrio.

Por lo tanto, esta fuerza normal a la dirección de rodadura es un factor importante que se considera para el diseño de los rodillos y el cuerpo del laminador. Esta fuerza (F) también es importante para determinar el consumo de energía en un proceso de laminación.

Desafortunadamente, la determinación exacta de la carga rodante y el consumo de energía es una tarea típica y requiere un buen conocimiento de la teoría de la plasticidad y el cálculo.

Sin embargo, una primera aproximación de la carga rodante se puede dar mediante la siguiente ecuación:

Esta ecuación (2) descuida la fricción en la interfaz de trabajo del rodillo y, por lo tanto, da una estimación más baja de la carga de rodadura.

Sobre la base de los experimentos, se usa un factor de multiplicación de 1.2 en la ecuación modificada, para considerar que las fricciones son:

Además, el consumo de energía en el proceso de laminación no se puede obtener fácilmente; sin embargo, una estimación aproximada, (en consideración de baja fricción) está dada por:

Los diversos métodos para reducir la fuerza de separación (F) son los siguientes:

(a) Diámetro del rodillo más pequeño (que reduce el área de contacto).

(b) Baja fricción.

(d) Tome el 'ángulo de mordida' pequeño (reduciendo así el área de contacto).

Lubricación en proceso de laminación:

La lubricación se utiliza en el proceso de laminación para reducir la fricción entre los rodillos y el metal a laminar. La fricción juega un rol muy importante y útil en el proceso de laminación.

De hecho, es responsable de hacer avanzar el trabajo entre los rodillos y, por lo tanto, no debe eliminarse ni reducirse por debajo de un nivel apropiado. Esta es una consideración importante al elegir un lubricante para un proceso de laminación.

En el laminado en frío de acero, se utilizan lubricantes fluidos con baja viscosidad, la parafina es adecuada para materiales no ferrosos como el aluminio, el cobre y sus aleaciones para evitar la tinción durante el proceso de tratamiento térmico posterior, mientras que el laminado en caliente se realiza a menudo sin lubricantes. Con un torrente de agua para generar vapor y romper las escamas formadas, se utilizan. A veces se emplea una emulsión de grasa grafitada como lubricante.

Defectos en productos laminados:

Una serie de defectos en los productos laminados surgen durante el proceso de laminación. Un defecto en particular generalmente se recibe con un proceso en particular y no surge en otros procesos.

Algunos de los defectos comunes en productos laminados se dan a continuación:

(i) Agrietamiento de bordes:

El agrietamiento del borde generalmente ocurre en lingotes, placas o placas enrolladas. Esto se debe a la ductilidad limitada del metal de trabajo oa la deformación desigual, especialmente en los bordes.

(ii) Pliegues:

Los pliegues son un defecto que generalmente se produce en la laminación de la placa. Esto se produce si la reducción por pasada es demasiado pequeña.

(iii) Cocodrilo:

El cocodrilo es el defecto, usualmente ocurre en el laminado de losas (particularmente aluminio y aleaciones). En este defecto, la pieza de trabajo se divide a lo largo de un plano horizontal en la salida, con la parte superior e inferior. Este defecto siempre ocurre cuando la relación entre el grosor de la losa y la longitud del contacto cae dentro del rango de 1.4 a 1.65. Fig. 2.15. Muestra el defecto de Alligatoring.