Ejemplos pag: 34 60 72 74 79 Materia pag 42 laminacion frio 75 lamin. caliente 76 torque potencia 80 problemas defectos 91 decapado 101 formulas
1
Conformado Plástico
Objetivo principal de la Fabricación: Obtener el ESFUERZO MÍNIMO capaz de: DEFORMAR PLÁSTICAMENTE la pieza, sin llegar al límite de rotura
!
2
fuencia
"!
aplicada
" !
rotura
CONFORMADO PLÁSTICO
Alcanzar el LÍMITE DE ROTURA del material
!
aplicada
" !
rotura
PROCESOS de CORTE y MECANIZADO
Objetivo principal de la Fabricación: Obtener el ESFUERZO MÍNIMO capaz de: DEFORMAR PLÁSTICAMENTE la pieza, sin llegar al límite de rotura
!
2
fuencia
"!
aplicada
" !
rotura
CONFORMADO PLÁSTICO
Alcanzar el LÍMITE DE ROTURA del material
!
aplicada
" !
rotura
PROCESOS de CORTE y MECANIZADO
CONFORMADO PLÁSTICO: El material metálico sólido, presenta una estructura interna uniforme, de granos más o menos grandes. El EFECTO PRINCIPAL del conformado plástico es DEFORMAR EL GRANO hasta adaptarlo a la forma exterior deseada.
Las granos y las fibras del material conformado se encuentran adaptados a la forma de las aristas, por lo que los GRANOS SOPORTARÁN UN ESFUERZO MUCHO MEJOR , a como lo haría un grano no conformado que se obtiene en el mecanizado “
3
”
Clasificación de los Procesos de Conformado Plástico: La deformación plástica puede realizarse en CALIENTE o en FRÍO, dependiendo de la ductilidad del material y de la potencia del equipo empleado.
4
!
DEFORMACIÓN EN CALIENTE: • En general se realiza a Temperatura superior al 85% de la Temperatura de fusión. • Entre etapas de deformación el material se ablanda, se recupera y se recristaliza.
!
DEFORMACIÓN EN FRÍO: • Se emplea en materiales muy dúctiles en frío. • Los granos se orientan según el sentido de deformación • Eleva la dureza y resistencia a la tracción del material.
CONFORMADO EN CALIENTE:
5
!
La pieza se calienta a la Temperatura de RECRISTALIZACIÓN antes de someterla al conformado, con lo que se consigue una menor rigidez de la estructura cristalina, lo que redunda en una mayor facilidad del proceso de conformado.
!
Posteriormente se realiza un enfriamiento controlado; por lo que se puede realizar un tratamiento térmico adicional (eliminación de tensiones, temple, enfriamiento rápido, ... ).
!
Inconveniente de los aceros y otros metales oxidables: oxidación superficial, que provoca la aparición de cascarillas e irregularidades superficiales, que deben ser eliminadas.
CONFORMADO EN CALIENTE: Un esquema general de un proceso de conformado en caliente sigue los siguientes pasos:
" " " " " " 6
Preparación y limpieza de las superficies. Calentamiento de las herramientas a la temperatura de trabajo. Calentamiento de la pieza a temperatura de trabajo. Conformado. Enfriamiento. Tratamientos térmicos.
CONFORMADO EN FRÍO:
7
!
Se realiza a Temperatura ambiente o inferior a la Temperatura de recristalización.
!
Necesita la aplicación de MAYORES ESFUERZOS que en el conformado en caliente.
!
Por el contrario se obtiene un mayor endurecimiento y resistencia a la rotura (acritud).
!
Las deformaciones que se obtienen por deformación en frío, son menores que las que se obtienen por deformación en caliente., lo que puede provocar la necesidad de realizar varios conformados sucesivos, con tratamiento térmico intermedio, para eliminar tensiones residuales y acritud.
!
Obtenemos mejores acabados superficiales y tolerancias más estrictas.
PRINCIPALES PROCESOS DE CONFORMADO PLÁSTICO: 1. 2. 3. 4. 5.
8
LAMINACIÓN FORJA EXTRUSIÓN DOBLADO y CURVADO EMBUTICIÓN
1. LAMINACIÓN: Proceso de conformado plástico en el que la fluencia se obtiene por solicitaciones de compresión efectuadas por unos cilindros que presionan al material de forma continua o por etapas. Se produce un alargamiento en la dirección de laminación
9
LAMINACIÓN EN CALIENTE: # # #
10
Se precisa un menor esfuerzo para la deformación Los granos se orientan durante la deformación Como consecuencia de la Temperatura el material se recupera ( recristaliza ), ablandándose, de manera que puede seguir deformándose sin mayores esfuerzos
LAMINACIÓN EN FRÍO: # # #
11
Se precisa un mayor esfuerzo para la deformación Los granos se orientan durante la deformación El material no se recupera, endureciéndose por acritud, de manera que para seguir deformándose se necesitan mayores esfuerzos
1. LAMINACIÓN:
•
Los laminadores pueden ser de diferentes diseños que dependen de la finalidad a que se destinan.
LAMINACIÓN EN CALIENTE Dúo reversible: el lingote pasa varias veces en uno y otro sentido entre los cilindros hasta conseguir la sección deseada. Trío: se emplean tres cilindros y el material puede pasar varias veces hacia ambos lados sin invertir el movimiento de la máquina. 12
1. LAMINACIÓN:
LAMINACIÓN EN FRÍO (además de los anteriores) Cuádruple: poseen dos cilindros de apoyo de mayor tamaño que los de trabajo, que hacen mínima la deformación de éstos y mejoran la uniformidad del producto.
13
Cluster: poseen varios cilindros de apoyo.
Laminación en caliente: De planchones a planchas.
Planchones (e=156 mm)
Horno (150 ton/hora)
Plancha gruesa (25 mm)
Laminador trío Laminador continuo
Plancha fina (e= 1,8 a 12,7 mm)
14
Laminación en frío: De planchas a láminas.
Plancha fina (e= 1,8 a 12,7 mm)
Decapado (óxidos)
Protección (aceite)
Láminas (0,17mm)
15
Laminador frío continuo
16
17
18
19
Teoría de Laminación
20
"
Calculo elemental de la carga en los cilindros a partir de las presiones Normales ! Orowan y Bland y Ford. ! Parkins ! Ekelund.
"
Consideración del Achatamineto de los Rodillos
"
Plano Neutro
"
Consideración de la aplicación de tensiones de embobinado y desembobinado ( delantera y trasera)
"
Torqué requerido para la laminación
"
Potencia del laminador.
Suposiciones
Deformación plana Deformación uniforme No hay deformación de rodillos 21
Suposiciones
22
Conceptos fundamentales de laminación de metales Suposiciones
1. El arco de contacto entre los rodillos y el metal es una parte del circulo. 2. El coeficiente de fricción , !, es constante en teoría, pero en realidad ! varia a lo largo del arco de contacto. 3. El metal es considerado en deformación plástica durante la laminación. 4. El volumen del metal es constante antes y después de laminado. En la práctica el volumen podría disminuir un poco debido al cerrado superficial de los poros. 5. La velocidad de los rodillos es asumida como constante. 6. El metal solo crece en la dirección de laminación y no crece en el ancho del material.
23
7. El área de la sección transversal normal a la dirección de laminación no se distorsiona
Fuerzas y relaciones geométricas ! ! :
ángulo de contacto o ángulo de mordida
N : Punto neutro o de no deslizamiento
O
ho
"
N
vo
! : ángulo de no deslizamiento (punto neutro)
R
!
x
!
w
y y
vf
hf
! = cte. V w ! ho ! vo = w ! h ! v = w ! h f ! v f w : ancho de la chapa
x
v : velocidad para cualquier espesor
O
h intermedio entre ho y h f v f =
24
ho h f
!
vo como ho
>
h f " v f > vo
La velocidad de la lamina debe aumentar de manera constante desde la entrada a la salida de tal manera que un elemento vertical en la lamina de permanecer sin distorsiones
Fuerzas y relaciones geométricas En un solo punto a lo largo de la superficie de contacto entre el rodillo y la hoja, dos fuerzas actúan sobre el metal: 1) una fuerza radial Pr y 2) una fuerza de fricción tangencial Fr . Si la velocidad superficial del rodillo v es igual a la velocidad de la lamina, este punto se denomina punto neutro o de no deslizamiento, punto N Entre el plano de entrada (xx) y el punto neutro, la chapa se esta moviendo más lentamente que la superficie del rodillo, y la fuerza de fricción tangencial, Fr , actúa en la dirección para extraer el metal del rodillo. En el lado de salida (yy) del punto neutro, la lamina se mueve más rápido que la superficie del rodillo. La dirección de la fuerza de fricción se invierte entonces y oponen a la salida de 25 la chapa de los rodillos.
Fuerzas y relaciones geométricas Lp : Proyección de longitud del arco de contacto Pr : Fuerza en dirección radial Fr : Fuerza de roce (fuerza tangencial) P : Carga de laminación
O R
x
# A
ho
#
v Pr
P
o
w
N
y Fr y
vf
hf
La carga de laminación P , es la fuerza con que los cilindros comprimen entre sí al metal. “
x
Lp
O
”
Es igual a la fuerza con la que el metal actúa sobre los cilindros intentando separarlos, a veces, llamada fuerza de separación
p = presión específica de los cilindros p = 26
P ; carga de laminación w ! Lp superficie de contacto
Fuerzas y relaciones geométricas R R
O R
R
Q
2
2
2
=
=
=
Q Q
2
2
+
+
(R R
R!h "
R-$h/2 Q Lp
2
"
!h
2
" 2R
( ) !h
2
Por otro lado $h/2
Lp
2
=
Q
2
+
( ) !h
2
2
Reemplazando Q Lp = 27
2
R # !h
2
)
2
!h
2
+
( ) !h
2
2
Fuerzas y relaciones geométricas El ángulo de no deslizamiento ( "), formado por la línea de centros de los cilindros y la determinada por el punto neutro N y el centro O, recibe este nombre debido a que la fuerza de fricción cambia de sentido en el punto neutro, se puede determinar el ángulo " a partir del equilibrio de fuerzas en dirección horizontal, sen "
=
2 sen! # sen (! / 2) µ 2
lo que se puede escribir en forma aproximada como;
( )
" $ ! # 1 ! 2 µ 2
2
El seno del ángulo ! es igual a la proyección horizotal del arco de contacto dividido por el radio del cilindro: 1/2
Lp sen ! = R
%' R(ho # h f ) &(
=
R
1/2
=
% 2(ho # h f ) & ) * D ' (
siendo D el diámetro del cilindro. Entonces el ángulo de no deslizamiento puede ser expr esado por: 1/2
% ho # h f & " $ ) * D 2 ' (
ho # h f 1 # µ 2D
Fuerzas y relaciones geométricas • La distribución de presión en el rodillo a lo largo del arco de contacto muestra que la presión alcanza un máximo en el punto neutral y luego disminuye hasta la salida. • La distribución de presión no presenta un máximo anguloso en el puno neutro, es una indicación que el punto neutro no es en realidad una línea paralela al eje , en la superficie del cilindro, sino más bien a un área más o menos estrecha. • El área bajo la curva es proporcional a la carga de laminación. s o l l i d o r e d n ó i s e r P
Entrada
29
• El área achurada representa la fuerza requerida vencer las fuerzas de fricción entre el rodillo y la chapa. Longitud de contacto
Salida
• El área bajo la línea de trazos AB representa la fuerza necesaria para deformar el metal en compresión plana homogénea.
Fuerzas y relaciones geométricas Se puede calcular el valor medio del coeficiente de fricción, determinando el ángulo máximo de contacto para que el metal este justamente mordido por los cilindros.
Actos de fricción en direcciones opuestas O
Para que la chapa entre en los rodillos, la componente de la fuerza de rozamiento debe ser mayor o igual que la componente horizontal de la fuerza normal.
R !
!
Pr
! !
N
fr " cos !
fr
fr Pr
#
#
Pr" sen!
sen ! cos
#
tan
!
!
Pero como sabemos fr = Entoces 30
Si
tan ! >
Si
µ
µ ,
µ
#
µ "
tan !
el metal no puede entrar en el laminador.
= 0, no pude ocurir la laminación.
Pr
Fuerzas y relaciones geométricas Por lo tanto, se producirá la condición de laminación cuando ! > tan "
Aumentar los valores eficaces de %, por ejemplo acanalar los rodillos en forma paralela al eje del rodillo
31
+
Uso de grande rodillos para reducir tan ! o si el diámetro del rodillo se fija, reducir el ho
Fuerzas y relaciones geométricas La reducción máxima Donde
Las variables críticas son Lp y h
a =
(ho ! h f )
"h
2
=
2
Del triangulo ABC, tenemos R
2
2
L p 2
L p
2
( R ! a) 2
=
L p
=
R ! ( R ! 2 Ra + a )
=
2 Ra ! a 2
+
2
2
2
Como a es mucho menor que R , entonces podemos despreciar a2 Lp
Un rodillo de gran tamaño permitirá la entrada de un planchón grueso, comparado con rodillos de pequeño diámetro
32
!
2 Ra
R!h
!
Donde : !h = h
o
µ
=
tan !
2
!hmáx = µ R
L p =
R $ "h "
2
#
! h f
=
R"h R $ "h 2
!h < µ R
2
2a
#
"h
R
Problemas con el aplastamiento de rodillo Cuando las altas fuerzas generadas en la laminación se transmiten a la pieza de trabajo a través de los rodillos, hay dos tipos de distorsiones elásticas principales: 1) Los rodillos tienden a aplastarse a lo largo de su longitud, debido a que la pieza de trajo tiende a separarlos mientras que están restringidos en sus extremos. Variación de espesor.
2) Los rodillos se aplanan en la región en la que entran en contacto con la pieza de trabajo. El radio de curvatura se incrementa de R R´. (rodillo aplanado) Según el análisis realizado por Hitchcock
Donde: C
! " CP R ' = R #1 + $ % ( ) w h h o f ' & $
=
2
16 (1 ! ) 2, 2 x 10 4 (mm 2 / Kg ) 2, 2 x 10 11 Pa 1 " E Carga de laminación deducida del radio del cilindro deformado (puesto que P es #
#
=
#
#
=
$
P
33
=
función de R', es necesario encontrar la solución de R' por aproxima ciones sucesivas)
Ejemplo Determinar la máxima reducción posible en laminación en frío de un planchón de 300 mm de espesor cuando % = 0,08 y el diámetro de los rodillos es de 600 mm. ¿Cuál es la máxima reducción en el mismo laminador para laminación en caliente cuando % = 0,5?
!hmáx
=
Para laminación en frío
2
µ R !hmáx
Para laminación en caliente
=
!hmáx
(0,08)2 (300) 1,92 mm
=
=
(0,5)2 (300)
=
75 mm
Alternativamente , podemos utilizar la relación siguiente Lp R#h sen ! = , R R #h 1,92 mm =
=
34
!
"1
=tan ( µ )
Fuerzas de Laminación Variables principales de la laminación
1. El diámetro de los rodillos 2. La resistencia a la deformación del metal (reducción de la pasada ( $h)) 3. La tensión de fluencia del material ( &o) 4. La fricción entre los cilindros y el metal ( %) 5. La presencia de tensiones de tracción (fuerzas externas) hacia delante o hacia atrás. #b : hacia atrás #a : hacia adelante
#b
35
#a
Fuerzas de Laminación
Fuerzas de Laminación
37
Motor principal, 933 kJ/seg. (1.250 hp) Motor tensión enrollador y desenrollador, 298 kJ/seg. (400 hp) Tabla del rodillo de trabajo 863 mm (34.00 ) Presión máxima 20 N/mm2 (2.880 psi) Fuerza máxima 500.000 kg. (1.100.000,00 lb.)
Fuerzas de Laminación Laminación con deformación homogénea
F F
& b
&a
=
!
=
!
o
!
o
wLp
w R!h !
w " cte
hay deformación plana ! 1
! ! 3
=
2 3
!
o
=
! !
o
= w! o" R$h
Considerando el efecto del roce en F = 1,2 w! o" R$h
donde 38
=
Si w ! h !
# F
Ac
o
!h
!h pedido
<
< = >
20%, la fueraza queda expresada
!h p < !hL " 1 pasada
2 µ R
!hL
%
!
2
( µ R)
# T :1 pasada !h p = !hL " $ % P : 2 pasada !h p > !hL " más de una pasada
Fuerzas de Laminación Si se considera la deformación elástica del rodillo ( R " R! )
F
=
1, 2 w ! o" R"#h
! " CP R ' = R #1 + $ % ( ) w h h o f ' &
Si R = Cte. y #a $ 0 ; #b $ 0 Ftotal
$ ! a + ! b " % = F 1 & ' ) ( ! o* # , +
Donde: Ftotal : Carga de laminación, en caso de aplicar tracción
39
F
: Carga de laminación para la misma reducción, sin tracción (adelante y atrás)
&a
: Tensión de tracción hacia adelante
& b
: Tensión de tracción hacia atrás
!
: Ángulo de contacto
"
: Ángulo de no deslizamiento
Fuerzas de Laminación Efecto de la tensión del fleje en la distribución de la presión de los cilindros Solo tracción hacia adelante; ! a
!
0 y ! b
=
Sin tracción, ! a
0
! a
b
=
0
=
0 y
! ! b
0
Tracción hacia adelante y atrás; ! a
N
N
Longitud de contacto
40
!
Solo tracción hacia atrás;
o r d n i l i c l e d n ó i s e r P
Entrada
=
N
Salida
!
0 y ! b
!
0
Fuerzas de Laminación Si se considera la deformación elástica de los rodillos y #a $ 0 ; #b $ 0, evaluación de la fuerza se puede realizar por los siguientes métodos;
Método de Ekelund
" 1, 6µ R$%h & 1, 2%h # F=w ! o$ R$ %h '1 + ( h +h o f ) * Método de Tselikov's ! # $ % hn & % hn & '- . , 1( F=w " o) R *h + . (ho , h f )( ! , 1) / h f 0 '/ h f 0 ( 1 2
2 h f
1
! $ ! # 2 1 + ( ! , 1) ( ho h f ) ( % hn & ' = 1+ donde : . ' ( ! +1 h / f 0 ' ( 41
! = µ
4 R *h
Teoría de Laminación en Frío Una teoría objetiva de la laminación consiste en expresar las fuerzas externas, tales como la carga de laminación y el par de torsión de rodadura, en términos de la geometría de la deformación y las propiedades de resistencia del material que está siendo laminado. Suposiciones
•
El arco de contacto es circular - sin deformación elástica del rodillo.
•
El coeficiente de fricción , !, es constante en todos los puntos en el arco de contacto.
• No hay expansión lateral, de modo que de laminación puede ser considerado un problema de tensión normal . •
El plano de la sección vertical permanece plano; es decir, la deformación es homogénea .
•
La velocidad periférica de los rodillos es constante.
•
La deformación elástica de la lámina es insignificante en comparación con la deformación plástica. 2 7. Se cumple el criterio de la energía de ! ! ! ! 1 3 o o distorsión para la deformación plana: 3 -
42
&o : Tensión de fluencia en tracción uniaxial ; &o
=
=
!
: Tensión de fluencia en deformación plana
’
Las tensiones que actúan sobre un elemento de la lamina en la separación de los cilindros
• En cualquier punto de contacto entre la tira y la superficie del rodillo, designado por el ángulo %, las tensiones son la presión radial pr y la tensión de corte tangencial & = µpr. Estas tensiones están resueltas en sus componentes horizontal y vertical (w). • El esfuerzo #x se supone como uniformemente distribuido sobre la cara vertical de el elemento. 43
Teoría de Bland y Ford
Realizando la suma de las fuerzas horizontales:
(! x 44
+
! F
x
=
0
d! x )(h + dh) # ! x h + 2 µ pr cos " Rd" # 2 pr s en" Rd " = 0
2µ pr cos " Rd" # 2 pr s en" Rd "
! x dh + hd! x
+
! x dh + hd! x
# 2 pr R( sen" # µ cos " )d" = 0
=
0
d (! x h) d !
=
2 pr R( sen! ! µ cos! )
(1)
Ecuación de Von Karman
Ecuación de Von Karman
45
La Ecuación de Von Karman, Derivación y solución general de la Ecuación diferencial: se deriva a partir del establecimiento del equilibrio en dos elementos a la izquierda y a la derecha del plano neutro
Ecuación de Von Karman
46
Las fuerzas que actúan en la dirección vertical están equilibrados por la presión especifica del cilindro p. Tomando el equilibrio de fuerzas resultantes en la dirección vertical en una relación entre la presión normal y la presión radial. Donde &y = -p
pdx = pr dx
cos !
p
=
cos ! ±
dx sen !
µ pr
cos !
pr (1 ± µ tan ! )
Si ! y µ son pequeños
"
(2)
p # pr
La relación entre la presión normal y el esfuerzo de compresión horizontal &x está dada por el criterio de la energía de distorsión para la deformación plana. 2 del sistema !1 "! x ! #! ! !" 1
3
=
3
o
=
!3
!
47
=
o
p # ! x
=
! "
o
=
! y
=
" p
(3)
Donde p es la mayor de las dos tensiones principales de compresión.
Reemplazando 3 en 1
d $ p & ! # h% ( o) ( d " '
=
2 pR
[ sen"
±
µ cos "
]
d ( ph & ! o# h ) = 2 pR [ sen" ± µ cos " ] d"
$ ) p *% d +! o# h & 1. , = 2 pR [ sen" ± µ cos " ] d" / ! o# 0( ' ) p * ) p * ! o# h d & 1. + & 1. d! o# h = 2 pR [ sen" ± µ cos " ] d" / ! o# 0 / ! o# 0 # p $ % !oh d & = 2 pR [ sen" ± µ cos " ] d" (4) ' ( ! o% ) Al restringir el análisis a la laminación en frío en condiciones de baja fricción y de ángulos de contacto < 6°, entonces podemos considerar: 48
sen!
"
!
y cos!
2
"
1-
!
2
"
1
de la geometría del sistema, se tiene para una deformación h; h=h f
+
2( R " R cos ! )
# h=h f + 2 R(1 " cos ! )
2 $ ! % h = h f + 2 R &1 " 1 + # h = h f ' 2 ) (
+
R!
2
Reemplazando en ecuación (4); ! (h ! o + R" f
2
! p ) ! d ## " !
!
o
$ && %
=
2 pR(" ! µ )
Ordenando los términos;
! p $ d # & ! " % !
o
=
h f + R"
p ! ! o
! p $ d # & ! " % !
o
p
49
! !
o
! d "
2 R"
=
! d "
2"
h f R
+ "
2
2
!
!
2 Rµ
! d "
h f + R"
2µ
h f R
! d " + "
2
2
! d "
Integrando
!
! p $ d # & ! " o% !
p
=
! h
f
'
!
R
o
! p$ ln # # ! && " o% !
=
2! ! d !
!h f ln # # R "
2 + !
!
2µ ! d !
! h
f
R
$ 2 1 + ! & ! 2µ & h f % R
arctan
!
+ ln
C
h f R
! h + R! 2 $ ! $ f & ! 2µ R arctan #! R & + ln C ln # # h & # R & h f f % " " % ! $ Si hacemos H= 2 R arctan #! R & # h & h f f % " ! p $ h ln # # ! && ln R ! µ H + ln C " o% ! p$ ln # # ! && " o% !
50
2 + !
!
=
=
( )
Luego :
! Entre la entrada y el punto neutro:
p ! #
=
o
µ C " h e " H R
(5)
! Entre el punto neutro y la salida:
p ! "
=
C
+
o
h e µ H R
(6)
Determinación de las constantes a) si no hay fuerzas externas ( ! a
=
! b
=
0)
Para el caso del lado de salida " =0 51
#
Ha
=
0 # ! xa
=
0 y h=h f
De la ecuación (3); p - ! x
=
!"
o #
pa
=
! "
oa
Luego reemplazando en (6) : pa
=1=
! #
C
+
oa
p ! "
=
o
h f R
"
h e µ H h f
+
C
=
R h f
(7)
Para el caso del lado de entrada h=ho $ ! x "
=
H b
# $ H
=
2
R h f
=
=
! xb
=
0
H b
% & R arctan ' # ( ' h f ( ) *
luego
p 52
! #
o
=
h e µ ( Hb " H ) ho
(8)
La carga de laminación o fuerza total P es la integral de la presión específica de los rodillos sobre el arco de contacto. ! " =
P
=
R ' w # pd !
(9)
0
Donde: w : ancho de la hoja !
: ángulo de contacto
La solución de esta ecuación puede ser realizada por las técnicas modernas de computación.
Calculo elemental de la carga en los cilindros a partir de las presiones Normales Orowan y Bland y Ford Ahora bien con la simplificación se logra:
Px+ : Presión de Salida PE- : Presión de Entrada Pe
=
P x
=
! "
0
! "
0
h exp µ ( H [ o ho
#
h exp µ ( H ) [ ] h f
La carga de laminación esta asociada a esta área. 54
Nota Importante: # 0 representa el esfuerzo del material en condiciones de deformación plana.
H ) ]
Donde H viene dado por la siguiente expresión:
H
=
2
R $ arctan "! R # % h & h f f
'
(
Donde R es el radio de los rodillos, es importante destacar que para valores de #= #0 entonces H = H 0 (H0 es el valor de H para # = ! (a la entrada) y # = 0 para la salida)
Larke ha discutido extensamente las suposiciones relacionadas con el flujo de metal a través de los rodillos, y las mismas se podrían resumir de la siguiente manera: 1. El arco de contacto es circular 2. La deformación ocurre bajo condiciones de compresión plana 3. La deformación es homogénea 4. El coeficiente de fricción es constante 5. La deformación elástica de la chapa es despreciable. 55
Ahora bien la carga de laminación FR1 será la suma de todas las presiones verticales en el rodillo que tienen lugar a través del arco de contacto, multiplicadas por el ancho de la chapa ! ! 0 =
F R W
=
" PRd ! ! 0 =
F R
=
R!
Área bajo la colina de contacto ! W
Sin embargo, es importante señalar que este valor de carga debe ser corregido debido a la deformación que experimentan los rodillos. De igual forma, la derivación de la ecuaciones mostradas anteriormente, asumen la validez de dos suposiciones que simplifican el problema: 56
1. La presión radial producida por los rodillos es prácticamente igual a la presión vertical. De hecho en la mayoría de los procesos prácticos de laminación de chapa donde # y % son relativamente pequeños, la diferencia es solo del 1%. 2. Los materiales no experimentan o presentan muy poco endurecimiento por deformación. Esta segunda proposición por lo tanto excluye la utilización de las ecuaciones en aquellos casos donde el metal se endurece por deformación muy rápidamente, es decir, en materiales en estado de recocido y cuando se aplican tensiones posteriores a la chapa. 57
Para aquellas condiciones en donde el esfuerzo de fluencia cambia rápidamente, existen otros tratamientos diferentes que no requieren hacer estas aproximaciones. El valor del espesor instantáneo h y el correspondiente ángulo trazado desde el centro del rodillo se encuentra relacionado a través de la siguiente ecuación:
h = h f !
58
=
+
"h
R
R!
2
Por otra parte hay que hacer otra consideración, para que la chapa pueda ser aceptada por los rodillos sin que ocurra deslizamiento y sin la necesidad de que se aplique una fuerza externa, la componente horizontal de la fuerza de fricción en la superficie del rodillo debe exceder a la componente horizontal de la fuerza ejercida por el rodillo en la posición de entrada. Es decir de acuerdo a lo demostrado por Rowe que:
!h
59
=
(h
0
" h f
) # µ R 2
EJEMPLO Se lamina una chapa de aluminio de alta pureza, cuyo ancho es de 1500 mm, y se lleva de un espesor inicial de 4 mm a 3,3 mm utilizando un laminador cuarto cuyos rodillos tienen un diámetro de 500 mm. El material previamente fue reducido a una compresión plana de 0,6 y en la gráfica siguiente se muestra el cambio en el esfuerzo de fluencia con la deformación en el intervalo correspondiente. Determinar el valor de la carga de laminación sabiendo que %= 0,06
De esta manera se tiene que:
W = 1500 mm ; h0 = 4 mm ; hf = 3,3 mm ; %= 0,06 ;
D = 500 mm
El calculo implica la determinación de la presión normal ejercida sobre el rodillo en cada punto del intervalo de laminación a partir de la geometría y de la curva de endurecimiento por deformación y finalmente la sumatoria de estas presiones sobre el arco de contacto para obtener la carga de laminación 60
Teniendo en cuenta la dependencia funcional del esfuerzo de fluencia con la deformación
ENDURECIMIENTO POR DEFORMACIÓN 150,00 m148,00 m / N 146,00 O Z 144,00 R E 142,00 U F S 140,00 E 138,00 0,000
0,019
0,050
0,078
0,104
0,126
0,146
DEFORMACIÓN
61
0,163
0,176
0,185
0,191
0,192
El ángulo que describe el arco de contacto medido desde el centro de rodillo a la entrada lo definiremos como #0 y viene dado por la expresión:
!
!
=
=
"h
!h
R
0,7 250
=
=
h0 " h f
=
4 " 3,3
=
0, 7
0,0529 rad
Con el valor de #0 se puede entonces calcular el valor de H 0 : H 0
=
" # R R 2 arctan $! 0 h f h f % &
'
=
" # 2 250 arctan 0, 0529 250 $& 3,3 3,3 %'
=
7,51
El intervalo geométrico de laminación puede dividirse en un numero conveniente de intervalos angulares, el espesor de la chapa se puede determinar al final de cada intervalo 62
Además se puede determinar el esfuerzo de fluencia apropiado para cada una de las deformaciones encontradas para cada ángulo
# hi $ = ln(1 + e ) = ln %h &
!
0
hi
=
h f + R" 2
Ahora los valores instantáneos del ángulo, el espesor y el esfuerzo de fluencia en compresión plana se sustituyen en las ecuaciones para obtener los valores locales depresiones normales tanto de entrada como de salida
Pe P x
=
=
! "
0
! "
0
h exp µ ( H [ o ho
#
h exp µ ( H ) [ ] h f
H ) ] H
=
hi 63
2
=
R h f
"
arctan $!
h f
&
+
R! 2
R # % h f
'
Determinación de presiones
64
!
h
"
#0
H
e($H)
h/hf
PX
e($(H0 - H))
h/h0
Pe
0,0000
3,300
0,192
147,68
0
1
1
147,7
1,569
0,825
191,2
0,0050
3,306
0,191
147,64
0,757
1,046
1,002
154,7
1,500
0,827
183,1
0,0100
3,325
0,185
147,40
1,511
1,095
1,008
162,7
1,433
0,831
175,5
0,0150
3,356
0,176
147,04
2,260
1,145
1,017
171,2
1,370
0,839
169,0
0,0200
3,400
0,163
146,50
3,000
1,197
1,03
180,6
1,311
0,850
163,3
0,0250
3,456
0,146
145,84
3,730
1,251
1,047
191
1,255
0,864
158,1
0,0300
3,525
0,126
145,04
4,446
1,306
1,068
202,3
1,202
0,881
153,6
0,0350
3,606
0,104
144,16
5,148
1,362
1,093
214,6
1,152
0,902
149,8
0,0400
3,700
0,078
143,12
5,832
1,419
1,121
227,7
1,106
0,925
146,4
0,0450
3,806
0,050
142,00
6,498
1,477
1,153
241,8
1,063
0,952
143,7
0,0500
3,925
0,019
140,76
7,145
1,535
1,189
256,9
1,022
0,981
141,1
0,0529
4,000
0,000
140,00
7,511
1,569
1,212
266,2
1,000
1,000
140,0
COLINA DE FRICCIÓN 2 m m / N N Ó I S E R P
300 250 200 150 100 50 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 9 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 2 0 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 ,
ÁNGULO DE CONTACTO EN RAD PX
El área bajo la curva = 8.147 N/mm 2
65
Pe
El área bajo la curva = 8.147 N/mm2 Ahora bien la carga será entonces: FR = 250 mm x 8.147 N/mm2 x 1500 mm FR = 312 ton
66
Análisis simplificado de la carga de laminación Las principales variables de laminación son: • El diámetro del rodillo. • La resistencia a la deformación del metal es influenciada por la metalurgia, temperatura y velocidad de deformación. • La fricción entre los rodillos y la pieza de trabajo. • La presencia de la tensión hacia adelante y / o hacia atrás en el plano de laminación.
Se consideran tres condiciones: 1) Condición sin fricción 2) Condición de fricción normal 3) Condición de fricción adherente 67
1) Condición sin fricción En el caso de una condición sin fricción, la carga de laminación (P) está dada por la presión de los rodillos (p) por el área de contacto entre el metal y los rodillos ( w ! Lp ).
P
=
p # w # Lp
=
! "
o w R$h
( 10 )
Donde la presión del rodillo ( p) es la tensión de fluencia en deformación plana cuando no hay cambio en la anchura ( w) de la lamina.
68
2) Condición de fricción normal En el caso de una situación de fricción normal en deformación plana, la presión media p se puede calcular como. p ! #
o
Donde: Q h
69
1 (e Q " 1) Q
( 11 )
µ Lp =
h =
el espesor medio entre la entrada y la salida de los cilindros.
De ecuación 10: Tenemos:
=
P P
=
=
p ! w ! Lp
2 ! " 1 (e Q $ 1) w R%h # o & ') (Q 3
Diámetro Rodillo
Carga laminación
( 12 )
• Por lo tanto la carga de laminación P aumenta P aumenta con el radio del rodillo R 1/2, dependiendo de la contribución de la colina fricción. • La carga de laminación laminación también aumenta a medida que la lamina entre los rodillos se hace más delgada (debido a el término eQ). • En un punto, una reducción adicional en el espesor se puede lograr si la resistencia a la deformación de la lamina es mayor que la presión de los rodillos. Ambos Ambos rodillos en contacto con la lamina son severamente deformados deformados en forma elástica.
70
• La fuerza de fricción es necesaria para tirar del metal en los rollos y responsables de una gran parte de la carga de laminación.
s o l l i d o r e d n ó i s e r P
Entrada
Longitud de contacto
Salida
• Una alta fricción resulta en una alta carga de laminación, una colina de fricción empinada y una gran tendencia a un borde fisurado. • La fricción varía punto a punto a lo largo del arco de contacto del rodillo. Sin embargo es muy difícil de medir la variación del coeficiente de roce µ, toda la teoría de laminación esta obligada a asumir un coeficiente de fricción constante. constante. • Para el laminado en frío con lubricantes, µ ~ 0,05-0,10. • En el caso de laminación en caliente, µ ~ 0.2 en una condición adeherente. 71
Ejemplo: Calcular la carga de laminación si una chapa de acero laminado en caliente se reduce un 30% a partir de un planchón de 40 mm de espesor, usando rodillos de 900 mm de diámetro. El planchón es de 760 mm de ancho. Suponga µ = 0,30. La tensión deformación plana es 140 MPa a la entrada y 200 MPa a la salida desde la separación de los rodillos debido al incremeto de velocidad. ho
! h f
ho
x 100
(40) ! (h f ) (40) h f "h
=
=
=
30%
x 100
=
h
Q
30
28mm ho
! h f
=
(40) ! (28)
De la ecuación 12
=
12mm
+
h f
2 µ Lp
=
" = ! o
µ
=
(40 (40) + (28 (28) 2
R!h
=
=
h
h
! e"ntrada + ! s"alida
2
=
34mm
(0.3 (0.30) 0) 450 450 x 12 34
=
140 + 200 2
=
=
!
o
=
0.65
= 170MPa
$ "' 1 (e Q % 1)w R&h #( )Q * " # 0.65 P 170 ' 1 (e % 1)(0.76) 0.45 x 0.012 ( 13.4 MN ) (0.65) * P
=
72
=
ho
3) Condición de fricción adherente ¿Cuál sería la carga de laminación si ocurre una fricción adherente? Siguiendo la analogía con la compresión en deformación plana p
!
= !
o
De la ecuación 10
(
a
2h
P
)
+1
=
" Lp % = ! ! $ + 1' o # 4h &
pwLp
Por ejemplo
" R$h # % P = ! o & R$h +1 w ' ( 4h ) " 0.45 x 0.012 # P = 170 & + 1 (0.76) 0.45 x 0.012 ' 4 0.034 x ( ) 73
P
=
14.6 MN
Ejemplo: En el ejemplo anterior no se considero la influencia del aplanamiento de rodillo bajo altas cargas de laminación. Si el radio deformado R` de un rollo bajo la carga está dada por; ! " R ' = R #1 +
&
CP w (ho % h f ) $'
usando C = 2.16x10 -11 Pa-1, P' = 13,4 MPa a partir del ejemplo anterior. (Donde P`es la carga de laminación basada en el radio de rodillo deformado)
" 2.16 x10!11 (13.4 x 106 ) # R$ = 0.45 %1 + & = 0.464m x 0.012 0.76 ' (
Q
=
µ
R"h h
=
0.30 464 x 12 34
=
0.66
0.66 ! P %% = 170 # 1 (e 1) x 0.76 0.464 x0.012 $ = 13.7 MN &( 0.66 ')
# 2.16 x10!11 (13.7 x 10 6 ) $ R%% = 0.45 &1 + ' = 0.465m x 0.76 0.012 ( ) 74
Usamos R` para calcular un nuevo valor de P' y nuevamente evaluamos R`.
La diferencia entre los dos cálculos de R` no es muy grande, así que en este punto se detiene el cálculo.
Teoría de Laminación en Caliente En los procesos de trabajo en caliente, la tensión de flujo para la laminación en caliente es una función de la temperatura y la velocidad de deformación (velocidad de rodillos). Cálculo de carga de laminación por Sims P
=
$ "& R(ho % h f #'
ow
!
1
2
Qp
Donde Qp es una función compleja, depende de la reducción en el espesor y de la relación R / hf. Los valores de Qp pueden obtenerse a partir de:
Q p
=
ho # &! tan "1 4%h &
(
75
%h " h f
$ R ln hn " ! ' hf ho h f ' 4 2
)
Torque y Potencia Torque es la medida de la fuerza aplicada a un miembro para producir un movimiento de rotación. Potencia se aplica a un tren de laminación mediante la aplicación de un torque a los rodillos y por medio de la tensión de la chapa.
La potencia se utiliza principalmente en cuatro formas:
1)La energía necesaria para deformar el metal. 2)La energía necesaria para superar la fuerza de fricción. 3)La potencia perdida en los piñones y el sistema de transmisión de potencia. 4)Las pérdidas eléctricas en los diferentes motores y generadores.
Observación: Pérdidas en el enrollado y desenrollado también deben ser considerados.
76
La carga total de laminación se distribuye en el arco de contacto en una distribución típica de presión en la colina de fricción. Sin embargo, la carga total de laminación se puede suponer como concentrada en un punto a lo largo del acto de contacto a una distancia a de la línea de centros de los rodillos. La relación del brazo de momento a respecto a la longitud de contacto proyectada Lp se puede dar como: !
77
=
a Lp
=
a R"h
Donde ' es 0,5 para laminación en caliente y de 0,45 para laminado en frío
El torque MT es igual a la carga total de laminación P multiplicada por el brazo de palanca efectivo a. Puesto que hay dos cilindros de trabajo, el par de torsión viene dado por:
MT
=
2 Pa
Durante una revolución del rodillo superior la carga de laminación resultante P se mueve a lo largo de la circunferencia de un círculo igual a 2'a. Puesto que hay dos cilindros de trabajo, el trabajo realizado W es igual a W
=
2(2! a) P
Dado que la energía se define como la tasa de trabajo realizado, es decir, 1 W = 1 J s -1, la potencia (en watts) necesaria para operar un par de rodillos que giran a N Hz (s-1) en la deformación del metal que fluye a través de la separación de los rodillos, está dada por:
W 78
=
4! aPN
Donde: P esta dada en Newton a en metros
Ejemplo: Una lamina de aleación de aluminio de 300 mm de ancho es laminado en caliente desde 20 a 15 mm de espesor. Los rollos son de 1 m de diámetro y operan a 100 rpm. La tensión de fluencia uniaxial para la aleación de aluminio se puede expresar como & = 140 (0.2 (MPa). Determinar la carga de laminación y la potencia necesaria para esta reducción en caliente. P !
1
r
=
=
R h f
=
ln
# $ " o w & R(ho % h f ) '
!
20 15
=
20 " 15 20 15
=
0.5
=
=
0.02m y h f
" = o
R#h
=
=
0.015m ,
"
!
n
d !
0 !
=
1
k !
140(0.288) 0.2 = 1.2
0.5 0.5 x0.005
=
1
1 ( n + 1)
!
=
n
!
n +1
=
0
k ! 1
n +1
91 MPa
2 (91)(0.3) 0.5(0.020 " 0.015) 12 (1.5) [ ] 3
=
=
Se necesita conocer ! o y Q p
#
" o
W
0.3m, R=0.5m, ho
1
0.25
=
=
!
33.3
N
79
w
Qp k
P
a
2
0.288
=
500 =
1
=
2.36 MN
0.025 m
100 / 60 1.67 s "1 =
4! (0.025)(2.36 x10 "6 )(1.67) Js "1 1.24 MW =
Q p se puede encontrar en el gráfico (~ 1,5) cuando se conocen la reducción r y R / hf .
Problemas y defectos en productos laminados Defectos del lingote colado antes de Laminar
Los defectos de los productos laminados pueden provenir del lingote de partida o haberse producido durante la laminación. • Porosidades, cavidades y rechupes quedan atrapados en el lingote durante el proceso de laminación. • Cadenas longitudinales de inclusiones no metálicas o perlitas blandas están relacionadas con los procesos de fusión y solidificación. En casos graves, estos defectos pueden llevar a una reducción de la carga de laminación, que reducen drásticamente la fuerza en la dirección del espesor. 80
Defectos durante el laminado
Hay dos aspectos en el problema de la forma de la chapa. 1.- Espesor uniforme en todo el ancho y espesor, puede ser controlado precisamente con sistemas modernos de control de calibre.
h
2.- Planitud difícil de medir con precisión.
81
h
Espesor uniforme
• Bajo altas fuerzas de laminación, los rollos se aplanan y se doblan, y toda la planta se distorsiona elásticamente. • El salto e laminación hace que el espesor de la lámina que sale del tren de laminación sea mayor que la separación calibrada de los rodillos bajo condiciones sin carga. • Espesores precisos de laminación requiere conocer la constante elástica del laminador. Se necesitan curvas de calibración, como las de la la fig. (1- 3 GNm -1 para los trenes de laminación de rosca, 4 GNm -1 para los laminadores de carga hidráulica). 82
•
El achatamiento de los rodillos aumenta la presión sobre los rodillos y, eventualmente causa que los rodillos se deformen más fácilmente que el metal.
• El espesor limite es casi proporcional a µ, R, &‘ pero inversamente proporcional a E.
Por ejemplo, en rodillos de acero el espesor límite viene dado por hmin
µ R! o" =
12.8
En general, problemas con el limite de calibre se da cuando el espesor de la hoja está por debajo de 1/400 a 1/600 de el diámetro del rodillo.
83
Planitud
• La separación de los rodillos debe ser perfectamente paralelos para producir láminas / placas con igual grosor en ambos extremos. • La velocidad de laminación es muy sensible con la planitud. Una diferencia en la elongación de una parte por cada 10.000 entre diferentes ubicaciones en la hoja puede causar la ondulaciones. Dirección de laminación
Perfectamente Plana 84
Más alargada en los bordes
Más alargada en centro
Soluciones a los problemas de planitud
• La comba y corona se pueden utilizar para corregir la flexión del rodillo (en solo un valor de la fuerza de laminación). O utilice laminador equipado con sistemas hidráulicos (gatos) para permitir la deformación elástica de los rollos para corregir la flexión.
(a) El uso de rodillos combados permiten compensar la flexión de los cilindros. (b) Los rodillos no combados dan variación de espesor.
85
Posibles efectos cuando lamina con insuficiente curvatura
• El centro de mayor espesor significa que los bordes se deforman plásticamente a lo largo más que el centro, normalmente llamado bordes alargados. • Este patrón induce a una tensión residual de compresión en los bordes y la tensión a lo largo de la línea central.
86
• Esto puede causar agrietamiento en la línea central (c), deformación (d) o arrugas en el borde o borde ondulado (e).
Posibles efectos cuando los rodillos son sobre curvados.
• Para bordes de mayor espesor que el centro, el centro se alarga plásticamente más rápidamente que los bordes, lo que resulta en la propagación lateral. • El patrón de tensión residual esta ahora bajo compresión en la línea central y la tensión en los bordes (b) . • Esto puede causar agrietamiento en el borde (c), centro partido (d) o arrugas en el centro (e). 87
• Problemas de forma se incrementan cuando se laminan chapas finas (< 0,3 mm) debido a errores fraccionales en la separación de los rodillos el perfil se incrementa con la reducción del espesor, produciendo mayor tensión interna. . • Laminas delgada son menos resistente al pandeo . • Problemas de forma leves pueden ser corregidos por nivelación por tensión de estiramiento de la lamina o por la flexión de la hoja por un rodillo-nivelador, como se muestra en la fig .
Rodillo-nivelador
88
• Los defectos de superficie se dan fácilmente en laminación debido a la alta razón de superficie a volumen . Rectificado, de defectos superficiales de astillado o descalcificación de los lingotes fundición o lingotes se recomienda realizar antes de ser laminado. • Desfase, debido al corrimiento de los rodillos pueden causar formas no deseadas.
Desfase de rodillo
89
90
Decapado
91
Superficie del acero antes del DECAPADO " El
espesor de la capa de óxidos es de 6 a 12 micrones " Capa interna es FeO, ~85% del total " Capa media es Fe3O4, 10 a 15% del total " Capa externa es Fe2O3 siendo 0.5 a 2% 92
Superficie del acero durante el DECAPADO " La
capa de óxido representa ~4.5 kg por cada tonelada de chapa (0.45%) " El ácido clorhídrico es HCl (gas) disuelto en agua y ataca los óxidos " Como consecuencia se forma cloruro ferroso que pasa a la solución " La temperatura de la solución de ácido es >70 °C Algo de HCl gaseoso, en equilibrio con la solución caliente, pasa a la atmósfera del sector " También se desprende algo de H2 cuando el ácido ataca al acero base 93
Superficie del acero después del DECAPADO Equivale a 2g (un saquito de té) distribuido en ambas caras de una chapa de 500 mm de ancho y 1km de largo " En
general la atmósfera en zona de decapado es agresiva " Es fundamental hacer un buen enjuague de la chapa después de las piletas de ácido para evitar acidez y cloruros sobre chapa (máximo ~2 mg/m2) " Se debe hacer un buen secado antes de aceitar " El aceite de decapado forma una barrera física que protege contra la corrosión " Se usa una media de ~ 3 g/m 2 de superficie (~ 6 g/m2 de chapa ó ~ 250 g/ton) 94
Instalación de decapado continuo Piletas de ácido Corrosión
95
! Bobinas
aguardando entrar a proceso
! Bobinas
ya decapadas en transporte hacia laminador
Laminación en frío
96
Superficie del acero antes de LAMINAR Para evitar bordes y exterior de las bobinas con óxido: ! Hacer estadía del material lo más corta p o s i b l e e n z o n a decapado !E v i t a r t i e m p o p r o l o n g a d o e n t r e decapado y laminación " El aceite de decapado aporta lubricación en el primer stand (o paso) del laminador " Generalmente tiene igual fórmula química que el aceite de laminación "
97
Laminación en frío La energía eléctrica se usa en deformar plásticamente plásticamente la chapa E s t a fricción usa parte de la en er gí a entregada y genera calor La fricción a lo largo de los arcos de contacto es necesaria para transmitir la energía de deformación desde los cilindros de trabajo al material 98
El aceite de la emulsión provee la lubricación necesaria para disminuir la fricción cilindro chapa Para aprovechar el máximo de energía en deformar el metal, se debe disminuir la fricción al mínimo necesario
Todo el calor generado en la deformación plástica más el generado por la fricción se evacua por medio del del agua de la la emulsión
Detalle de deformación plástica
99
Velocidades en el arco de contacto Vchapa > Vcilindro
Vchapa < Vcilindro Vchapa = Vcilindro (punto neutro)
100
Deformación en la laminación % = Ln (t0 /t f )
t: espesor de la chapa
Grado de reducción r =(t0- tf )/t0 Relación longitud-espesor
Vl= cte
l0& w0 & t0 = lf & wf &tf
l0 & t0 = lf & tf
w0 = w f Relación entre velocidades de la chapa a la entrada y salida de los cilindros
(Q = S x v) 101
v0& w0 &t0 = vf & wf &tf
Laminación en frío Lo ideal es mandar igual cantidad de emulsión sobre chapa y cilindro de trabajo
Si la reducción es 50% la velocidad de salida es el doble a la entrada Además se genera el doble de superficie
Se debe secar la chapa a la salida del último paso
También es ideal que la emulsión, además de lubricar para reducir la fricción, genere menos finos de hierro, los arrastre y suspenda para filtrarlos 102
La diferencia de velocidad entre cilindro y chapa genera finos de hierro por fricción Por esto, para refrigerar y lubricar se requiere alta presión (3-5 kg/cm 2) y caudal (800 a 1000 l/min)
CON Sin fuerza aplicada
Corona Salida 103
Por medio de ambos controles se consigue la forma de material deseada
Corona Entrada
Composición Química Aceite de laminación en frío " "
"
"
104
Se usa aceite mineral como vehículo Esteres naturales o sintéticos son la base lubricante Se incorporan aditivos: o EP o Antidesgaste o Antioxidantes o Filmógenos o Otros Los emulgentes permiten formar la emulsión con el agua
Comportamiento de la emulsión en el contacto cilindro - chapa La emulsión aceite en agua se transforma en agua en aceite a medida que se reduce la distancia cilindro chapa
El tipo y cantidad de lubricantes y aditivos definen las propiedades de resistencia del film de aceite (su lubricidad) 105
El tipo y cantidad de emulgentes definen el espesor del film de aceite
El espesor medio del film residual de aceite es ~ 0.3µ
Aceite de laminación en frío Contaminantes externos
La formulación está balanceada " El ingreso de aceite h i d r á u l i c o contaminante afecta el balance " No sólo diluye al lubricante y aditivos " También altera el equilibrio afectando la emulsión "
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Aceite de laminación en frío Contaminantes internos
efecto de las altas temperaturas (hasta 350 °C!!!) y presiones en el contacto entre cilindro y chapa, los ésteres naturales o sintéticos sufren reacciones químicas que los van transformando durante la laminación Jabones solubles " Se forman jabones de sodio y en agua magnesio con las sales del agua y se incorporan a la misma Jabones de hierro " También se forman jabones de hierro, que no son solubles en agua, y se incorporan a la fase aceite de la emulsión
107
" Por
Recocido
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Superficie del acero después de LAMINAR El goteo de emulsión o de agua sobre la chapa a la salida del laminador inevitablemente produce manchas y oxidación de la misma y sólo se pueden eliminar con un recocido en atmósfera desoxidante
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Luego del proceso de laminación en frío, sobre la chapa queda un film residual de aceite de laminación y de sus contaminantes internos (principalmente jabones de hierro) y externos (hidráulicos, grasas, etc) " Si se secó bien a la salida del laminador, no debe quedar agua " Como en el proceso se producen finos de hierro, parte de los mismos queda depositada sobre la chapa "
Tensión de bobinado
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Ciclo de recocido típico La temperatura máxima y el tiempo de igualación dependen del material
La rampa de calentamiento condiciona una adecuada eliminación del aceite que se encuentra sobre la chapa
N u n c a s e d e b e destapar una carga si está a más de 100 °C
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El caudal de gas y el tiempo de permanencia con purga abierta están vinculados a la relación costo/ beneficio
Influencia de la reducción sobre el tamaño de los cristales Tamaño de cristal
Hay un valor umbral mínimo de deformación (entre 2 y 8%) necesaria p a r a q u e s e p r o d u z c a recristalización durante el recocido
"
A mayor reducción, menor tamaño de los cristales fi na lme nte formados
Valor Umbral
% Reducción 112
"
Influencia de la reducción en laminador sobre la temperatura de inicio de la recristalización Temperatura de recristalización
A mayor reducción será necesaria menor energía térmica para lograr la recristalización posterior
% Reducción La recristalización en general requiere como mínimo 530 °C 113
Recocido en batch Para forzar al gas a circular sin tomar el camino más corto se han diseñado las placas separadoras
Es fundamental que el gas circule a buen caudal entre las espiras y bobinas para una buena homogeneidad de temperatura
Punto frío de la bobina
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Temperatura del punto frío de cada bobina según su posición
Con ello se logra uniformidad en las propiedades metalúrgicas del material
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El objetivo de un buen recocido es lograr uniformidad de temperatura en todos los puntos de todas las bobinas
Se hace controlando velocidad de calentamiento, caudal de recirculación de gas y tiempo de permanencia a la máxima temperatura
Superficie del acero durante el RECOCIDO El aceite y sus contaminantes destilan y/o craquean
Atmósfera DX Cuanto más de hierro tanto • H2jabones 11 % más necesaria la alta temperatura • CO 9.6 % para lograr limpieza • CO 5.4 %
"
2
H2O " "
"
"
Acero base 116
Los finos de hierro sinterizan
"
• CH4 <0.4 % • N2 resto El contenido de agua depende del punto de rocío (+ 4 °C : 0.7%) El craqueo del aceite de laminación usado que ingresa sobre la chapa produce C2H4, CO, CH4 e H2 El carácter desoxidante (reductor) de la atmósfera está dado por el H 2 y el CO La purga abierta permite eliminar gases formadores de residuos carbonosos El ingreso accidental de aire por mal sellado o por destapar la carga a temperaturas mayores a 100 C provoca oxidación de la chapa !!!
Superficie del acero durante el RECOCIDO " Atmósfera
HNX o H2 3-6% o N2 resto " En este caso tanto el C 2H4 como el CO y el CH 4 provienen exclusivamente del craqueo del aceite de laminación " El carácter reductor de la atmósfera está dado por el H 2 " Si se usa sólo N 2 (gas inerte), la atmósfera deja de ser desoxidante y no puede quitar algún eventual óxido que se p u d i e r a h a b e r f o r m a d o después del laminado 117
Superficie del acero durante el RECOCIDO
"
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Atmósfera Hidrógeno 100%
"
En este caso tanto el C2H4 como el CO y el CH4 provienen exclusivamente del craqueo del aceite de laminación
"
El carácter desoxidante de la atmósfera está dado por el H2
Superficie del acero durante el RECOCIDO
" En
cualquiera de las atmósferas, la purga sólo se debe cerrar una vez destilado el aceite
"De
lo contrario, se impide la eliminación de gases residuales que pueden formar depósitos de carbón
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Temple
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Superficie del acero antes de TEMPLAR
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"
La superficie de la chapa debe estar limpia de residuos carbonosos
"
Para evitar la posible formación de óxidos por exposición al aire sin protección, se debe evitar estadía prolongada entre Acero base recocido y templado
Templado El proceso puede realizarse en seco o húmedo
Si se procesa húmedo es fundamental secar con aire a la salida
El aceite protectivo se aplica uniformemente en una o en ambas caras La cantidad adecuada es de ~2 g/m2
Variando la superficie de los cilindros se pueden dar distintas terminaciones superficiales de la chapa
El propósito del templado es mejorar la forma y conferir propiedades metalúrgicas deseadas 122
Esa reducción aumenta La dureza La mejora en la forma se consigue por medio de una pequeña reducción (0.5 a 1%)
