Proceso de Laminacion- Final

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

Contenido PROCESO DE LAMINACIÓN ...................................................... Error! Bookmark not defined. 1.- HISTORIA: ........................................................................... Error! Bookmark not defined. 2.- GENERALIDADES: ............................................................. Error! Bookmark not defined. 3.- INTRODUCCIÓN AL ANÁLISIS MATEMÁTICO: ............... Error! Bookmark not defined. 3.1.- Análisis teórico de la carga: ......................................... Error! Bookmark not defined. 3.2.- Calculo experimental de la carga: ................................ Error! Bookmark not defined. 3.3.- Método de Ekelund: ...................................................... Error! Bookmark not defined. 4.- DEFECTOS EN HOJAS Y LAMINAS DE METAL: .............Error! ............. Error! Bookmark not defined. 5.- TIPOS DE LAMINACIÓN: ................................................... Error! Bookmark not defined. 5.1.- Laminación en frío: ....................................................... Error! Bookmark not defined. 5.2.- Laminación en caliente: ................................................ Error! Bookmark not defined. 5.3.- Efectos del Laminado en frío y caliente: ...................... Error! Bookmark not defined. 5.4.- Productos: ..................................................................... Error! Bookmark not defined. 6.- CÁLCULO DE LA CARGA DE LOS CILINDROS: .............. Error! Bookmark not defined. 6.1.- Por la Deformación homogénea: .................................. Error! Bookmark not defined. 6.2.- Por el Cálculo del Trabajo: ........................................... Error! Bookmark not defined. 6.3.- Análisis del laminado Plano: ........................................ Error! Bookmark not defined. 6.4.- Fuerza requerida para mantener la Separación de los rodillos: . Error! Bookmark not defined. 7.- PRACTICA DE LAMINADO Y EQUIPO DE LAMINACION: .............. Error! Bookmark not defined. 7.1.- Cajas de laminación: .................................................... Error! Bookmark not defined. 7.2.- Cojinetes y ampuesas: ................................................. Error! Bookmark not defined. 7.3.- Estructura Principal: ..................................................... Error! Bookmark not defined. 8.- TRENES DE LAMINACION: ............................................... Error! Bookmark not defined. 8.1.- Según su número y disposición: .................................. Error! Bookmark not defined. 8.2.- Según Productos Inicial y Final: ................................... Error! Bookmark not defined. 9-.PROCESO DE LAMINADO.................................................. Error! Bookmark not defined. 9.1 Definición : ...................................................................... Error! Bookmark not defined. 9.2 Campos de aplicación: ................................................... Error! Bookmark not defined. 9.3Clasificación de los procesos de laminado: .................... Error! Bookmark not defined. 10-.ANEXO ............................................................................... Error! Bookmark not defined. 11-.BIBLIOGRAFIA Y LINKOGRAFIA ................................................................................... 68 PROCESOS DE MANUFACTU MANUFACTURA RA II

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PROCESO DE LAMINACIÓN 1.- HISTORIA: Desde la antigüedad existía la idea de laminar los metales haciéndolos pasar entre dos cilindros, girando cada uno de ellos en sentido contrario. Se conserva un croquis de Leonardo da Vinci, de hacia 1497, que representa una máquina de este tipo accionada manualmente. Hacia 1553, el francés Braliers utilizaba laminadores de cilindros para materiales dúctiles. Poco después, para sustituir el estirado o laminado manual, accionadas por energía hidráulica se pusieron en funcionamiento en las ferrerías, las máquinas de laminar llamadas "fanderías".

Fue un paso previo al desarrollo especializado de los trenes de laminación, que se generalizaron a partir de 1700. Polhelm, en Suecia, Chopitel en Francia, Henry Cort en Inglaterra, William Emerson y otros perfeccionaron la tecnología del laminado. A partir de 1800, con la aplicación de la máquina de vapor, se construyeron laminadores de mayor potencia. James Watt en 1794 y Deveral en 1806, intentaron mediante sendos proyectos, dar solución al forjado en caliente de piezas de forma, pero ambos fueron abandonados; transcurriendo casi medio siglo sin conseguirse soluciones prácticas.

El laminado del oro y la plata por medios manuales data del siglo XIV. Alrededor del año 1700, el hierro ya se laminaba en caliente en Alemania, Bélgica, Francia, Inglaterra y Suecia. Estos molinos se usaron para hacer lámina a partir de barras de hierro. Antes de esta época, los únicos molinos laminadores que existían en las acerías eran molinos ranuradores, pares de rodillos opuestos con collares (discos cortantes) que cortaban el hierro y el acero en tiras angostas para hacer clavos y productos similares. Los molinos ranuradores no estaban diseñados para reducir el espesor del metal. La práctica moderna del laminado data del año 1783, cuando se expidió en Inglaterra una patente para un proceso que producía barras de hierro usando rodillos acanalados.

La Revolución Industrial creó una tremenda demanda de productos de hierro y acero, estimulando el desarrollo de la laminación. El primer molino que laminaba rieles para ferrocarril se inició en Inglaterra en 1829. Las primeras vigas en I se laminaron en Francia en 1849. Además, el tamaño y la capacidad de los molinos de laminado plano se incrementaron dramáticamente durante este periodo. El laminado es un proceso que requiere una fuente muy grande de potencia, por lo que hasta el siglo XVIII se usaron las ruedas accionadas por agua para mover los molinos de laminación. Las máquinas de vapor

PROCESOS DE MANUFACTU MANUFACTURA RA II

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PROCESO DE LAMINACIÓN 1.- HISTORIA: Desde la antigüedad existía la idea de laminar los metales haciéndolos pasar entre dos cilindros, girando cada uno de ellos en sentido contrario. Se conserva un croquis de Leonardo da Vinci, de hacia 1497, que representa una máquina de este tipo accionada manualmente. Hacia 1553, el francés Braliers utilizaba laminadores de cilindros para materiales dúctiles. Poco después, para sustituir el estirado o laminado manual, accionadas por energía hidráulica se pusieron en funcionamiento en las ferrerías, las máquinas de laminar llamadas "fanderías".

Fue un paso previo al desarrollo especializado de los trenes de laminación, que se generalizaron a partir de 1700. Polhelm, en Suecia, Chopitel en Francia, Henry Cort en Inglaterra, William Emerson y otros perfeccionaron la tecnología del laminado. A partir de 1800, con la aplicación de la máquina de vapor, se construyeron laminadores de mayor potencia. James Watt en 1794 y Deveral en 1806, intentaron mediante sendos proyectos, dar solución al forjado en caliente de piezas de forma, pero ambos fueron abandonados; transcurriendo casi medio siglo sin conseguirse soluciones prácticas.

El laminado del oro y la plata por medios manuales data del siglo XIV. Alrededor del año 1700, el hierro ya se laminaba en caliente en Alemania, Bélgica, Francia, Inglaterra y Suecia. Estos molinos se usaron para hacer lámina a partir de barras de hierro. Antes de esta época, los únicos molinos laminadores que existían en las acerías eran molinos ranuradores, pares de rodillos opuestos con collares (discos cortantes) que cortaban el hierro y el acero en tiras angostas para hacer clavos y productos similares. Los molinos ranuradores no estaban diseñados para reducir el espesor del metal. La práctica moderna del laminado data del año 1783, cuando se expidió en Inglaterra una patente para un proceso que producía barras de hierro usando rodillos acanalados.

La Revolución Industrial creó una tremenda demanda de productos de hierro y acero, estimulando el desarrollo de la laminación. El primer molino que laminaba rieles para ferrocarril se inició en Inglaterra en 1829. Las primeras vigas en I se laminaron en Francia en 1849. Además, el tamaño y la capacidad de los molinos de laminado plano se incrementaron dramáticamente durante este periodo. El laminado es un proceso que requiere una fuente muy grande de potencia, por lo que hasta el siglo XVIII se usaron las ruedas accionadas por agua para mover los molinos de laminación. Las máquinas de vapor


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incrementaron la capacidad de estos molinos de laminación hasta después de 1900, cuando los motores eléctricos remplazaron las máquinas de vapor. Los antecedentes más antiguos del proceso se remontan a 1550, cuando se obtienen las primeras hojas de metal laminado, las cuales se caracterizan por su espesor uniforme a diferencia de las producidas anteriormente por forja.

Es fácil suponer que rápidamente el proceso se difundió, empleándose posteriormente no sólo para ajustar el espesor de las hojas, sino también para reducirlo. En un principio el proceso no fue aplicado en el hierro, tuvo que transcurrir más de un siglo para que esto ocurriera. El verdadero nacimiento de la laminación se produce hasta 1783, cuando el inglés Henry Cort obtiene la patente británica No. 1351, la cual introduce los rodillos ranurados que se emplean en la manufactura de barras de hierro.


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2.- GENERALIDADES: La laminación consiste en la reducción de la sección transversal de un material, al hacerlo pasar entre dos rodillos cilíndricos que giran en sentido opuesto.

En su forma más elemental, un laminador está constituído por dos o más cilindros que giran en sentidos contrarios entre si. La distancia entre superficies cilíndricas enfrentadas es siempre menor que el espesor inicial del material, por lo que éste, al pasar entre los dos cilindros se aplasta y se alarga proporcionalmente a la reducción de sección.

Dichos cilindros producen la deformación plastica del material por medio de esfuerzos de compresión y corte. Los esfuerzos de se generan debido a que el espesor libre entre ellos se va reduciendo; los esfuerzos cortantes se deben a que las fibras externas del material estan en contacto produciendo fuerza de fricción con el rodillo.

PROCESOS DE MANUFACTURA II

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3.- INTRODUCCIÓN AL ANÁLISIS MATEMÁTICO: Para calcular los esfuerzos necesarios para laminar se establece la ecuación de equilibrio de fuerzas en un elemento del planchón y se calcula punto a punto la presión vertical sobre el mismo. Luego se le integra a lo largo del arco de contacto planc hón-cilindros para obtener la fuerza separatriz N. Debido a que la ecuación diferencial que resulta, obtenida inicialmente por VON KÁRMÁN, es de dificil resolución matemática, en la industria, generalmente se emplean aproximaciones para integrarla o directamente fórmulas semiempíricas. 3.1.- Análisis teórico de la carga: Para resolver la ecuación diferencial de VON KÁRMÁN (1925), diferentes autores han hecho diferentes suposiciones, ROWE 1968: 1. El planchón no sufre deformacion plana. Esta aproximación es aproximadamente satisfecha si el espesor es mucho menor que el ancho. ( SIMS 1945) 2. El coeficiente de rozamiento entre el planchón y los cilindros permanece constante en todos los puntos del arco de contacto. 3. Las secciones verticales permanecen planas durante la laminación. 4. No hay deformacion elástica en los cilindros en el arco de contacto. 5. La deformacion elástica del planchón, que se supone homogéneo, es despreciable en comparación con la deformación plástica que sufre. 6. Se aplica el criterio de fluencia de VON MISSES:

  = √ 23  =

Donde:

,   



representan el estado de tensiones en las direcciones principales, y la tensión de fluencia en el ensayo de tracción uniaxial. 7. La tensión de compresion del planchón a lo largo del arco de contacto permanece constante. En el caso de laminación en frío, es necesario que el material no sufra endurecimiento por deformacion durante el laminado. Durante el laminado en caliente, el cambio de velocidad de deformación no debe afectar a a los largo del arco de encuentro. 8. La velocidad periférica de los cilindros es uniforme (no hay aceleraciones ni desaceleraciones.)






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Relaciones geométricas:

Al tener una deformación plástica, el gasto volumétrico a la entrada y salida es igual:

Donde:

 =

:ℎ ℎ: : 0:   1:  

La experiencia enseña que el efecto de ensanchamiento es notablemente menor que el de aplastamiento. Parece que el ensanchamiento no es mayor que un 0,3 o 0,4 % del aplastamiento. Es de notar también que durante la laminación en caliente el lingote no se enfría, porque el trabajo de deformación de la estructura cristalina se transforma en calor.

Donde la reducción se define como: PROCESOS DE MANUFACTURA II

 =ℎℎ

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= ℎ ℎℎ 

La presión de laminado se aplica sobre el arco de contacto. Para facilitar el análisis se va a considerar la proyección de éste en la dirección de laminado; esta nueva variable se considerará como longitud proyectada del arco de contacto ( ).

 =  ∆ℎ2  =  .∆ℎ ∆ℎ4

Donde:

:    ∆ℎ≪ Como



entonces se puede reducir a:

 =√.∆  =̅.. 

Por lo tanto la carga de laminación será:

̅

Donde es la presión promedio de la laminación.

El ángulo formado por el plano de entrada y el ángulo de salida que contiene a los ejes de rotación de los rodillos, se denomina ángulo de mordedura y está dado por:

=



La máxima reducción teórica posible se puede obtener si se considera que la fuerza que provoca la entrada del material a los rodillos debe ser mayor y en el límite, igual a la que se opone al paso de éste. De lo anterior:

. c os=.sin :        :    =tan Donde:


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 =.  :ó  =

Por definición se sabe que:

De lo anterior y mediante trigonometría se puede llegar a:

∆ℎá =

De la ecuación anterior se tiene que la máxima reducción está limitada por el coeficiente de fricción y el radio de los rodillos, razón que justifica los grandes diámetros de éstos en el desbaste. Por consiguiente, para satisfacer la desigualdad enunciada anteriormente, convienen cilindros medianos que dan estiramientos más enérgicos y absorben menos potencia; en general, el diámetro de los cilindros varía entre 40 y 60 cm. “ Las suposiciones mencionadas básicamente se cumplen para laminación en frío. Para el caso de laminación en caliente no se podrá resolver de forma analítica, la ecuación diferencial resultante, debido a la compleja dependencia que existe del esfuerzo de cedencia con respecto a la velocidad de deformación y temperatura; asimismo, se complica la solución analítica al no poder justificar la simplificación de dicha ecuación, ya que los ángulos de mordedura son mucho mayores ” .

Si se consideran las fuerzas actuantes en un elemento de sección plana de altura h y de ancho dx, medido en la dirección de laminación, situado a una distancia x de la salida (vertical que une los ejes de los cilindros), y en algún punto del arco de contacto, P es la presión radial entre el cilindro y el planchón, actuando sobre el elemento dx, y la F, la fuerza de rozamiento correspondiente en la dirección tangencial, entonces la fuerza normal efectuada en el extremo de esta sección, para una unidad de ancho de laminación, se puede calcular como:


Sección antes y después del punto neutro

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∑  =0 :ó  :          :        :      , por su movimiento uniforme (no acelerado).

Donde:

Se tiene considerando el efecto de los dos rodillos:

 ℎℎℎ ±[2cos∗ cos ][2 sin∗ cos ]=0 Carga debido a esfuerzos longitudinales

Carga debido a fuerzas de fricción

Carga debido a la presión radial

Reduciendo:

ℎℎ ℎ±22 tan=0 ℎ=0 ℎℎ =. ℎ Despreciando el producto de dos diferenciales:

Por otra parte:

y:


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= =cos ℎ2 =sin ℎ±2cos2 tancos=0 ℎ±2cos2sen=0 ℎ  =±….   áá  Reemplazando:

Despejando:

3.2.- Calculo experimental de la carga: Aplastamiento de los cilindros: Los cilindros de laminación no son rígidos, se deforman elásticamente debido a las presiones a las que se encuentran sometidos en el área de contacto con el material. Estas presiones dan origen al aplastamiento de los cilindros.


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Las fuerzas necesarias para deformar al material durante el laminado provocan dos tipos fundamentales de deformación elástica en los rodillos. Primero, los rodillos tienden a flexionarse debido a que el material tiende a separarlos, mientras que el movimiento axial de los piñones está restringido; esto puede provocar variaciones de espesor a lo ancho de la hoja, lo cual será compensado con coronamiento del rodillo. Segundo, los rodillos se deforman en la región de contacto; por esta razón el radio en la zona de contacto se incrementa a un valor R ’ que se calcula como:

Donde:

´=1 .∆ℎ

:   :    : : á      =16∗ 1 :   :ó     Donde:

A la fecha existen diversos métodos analíticos, empíricos y experimentales a partir de los cuales se puede evaluar de forma aproximada la carga de laminación. Su exactitud está delimitada por las características del proceso en particular que se analice.


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La ecuación más sencilla se deduce considerando el aplastamiento del material y considera un 20% adicional por fricción:

y:

=.  

 = √   Donde:

:        ó :      

Por otra parte, para calcular la fuerza separatriz, algunos autores presentan modelos que emplean ábacos y no especifican el valor del coeficiente de rozamiento entre los cilindros y la aleación a laminar (IZZO 1982). SIMS 1954 considera fricción adherente en laminación caliente, mientras que EKELUND propone un método semiempírico y una expresión, para el cálculo del coeficiente de rozamiento, en función de la temperatura de laminación y el material de los cilindros. GELEGI (citado en Schaeffer 1978) propone una fórmula para calcular el coeficiente de rozamiento que depende de la temperatura, la velocidad de laminación y el material de los cilindros. 3.3.- Método de Ekelund: Se trata de una ecuación arbitraria, basada en un análisis simplificado de esfuerzos.

 1. 6    = 1 ℎℎ1.2∆ℎ Donde:

 =√. ∆ℎ

Para el laminado en caliente de aceros, el coeficiente de fricción puede ser evaluado aproximadamente con las siguientes expresiones:

=1.050.0005…   ó  /  Donde T es la temperatura en °C.

“Estas ecuaciones son empleadas para la práctica industrial, cuando el coeficiente de fricción no es bien conocido”.


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4.- DEFECTOS EN HOJAS Y LAMINAS DE METAL: Estos defectos pueden presentarse en la superficie de las placas u hojas, o pueden darse en su estructura interna. Los defectos degradan la apariencia de la superficie y pueden afectar de manera adversa a la resistencia, la capacidad de formado y otras características de manufactura. Los defectos superficiales pueden ser: ralladuras, corrosión, cascarilla, picaduras, mordeduras y grietas causados por inclusiones e impurezas en el material fundido original o debido a otros procesos de preparación del material o a la misma operación de laminado. 

  

Los bordes ondulados en las hojas se forman debido a la flexión del rodillo. La tira es más delgada en los bordes que en el centro, ya que estos se alargan más y se tuercen debido a que están limitados en su libre expansión en la dirección longitudinal de laminado. Las grietas son el resultado de una deficiencia de ductilidad del material sometido a laminación a la temperatura en la que se realiza el proceso. El hojeamiento es debido a una deformación no uniforme durante el proceso de laminación o por la presencia de defectos en la palanquilla fundido original. Los defectos en los bordes en las hojas laminadas son eliminados mediante operaciones de corte y hendedura.

5.- TIPOS DE LAMINACIÓN: Hoy en día, la laminación es el medio más económico para reducir la sección transversal de un material, y tiene por esto un gran campo de aplicaciones tanto en frío como en caliente. Algunas de sus características y limitaciones son: Laminación en frío: 

Buen acabado superficial


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 

Buen control dimensional Se hace necesario el recocido para aliviar tensiones por deformación plástica en frío.

Laminación en caliente:    

Altos porcentajes de reducción Deficiente acabado superficial Limitado control dimensional Menores cargas de deformación

Generalmente, los primeros pasos de deformación, en los que se requieren grandes reducciones, se realizan en caliente; mientras que cuando es necesario un mejor acabado o dimensiones precisas, se lamina en frío. En la laminación en caliente se aprovecha la ductilidad del acero, es decir, su capacidad de deformación que es tanto mayor cuanto más elevada sea su temperatura. Ésta oscila entre 800 ºC y 1250 ºC.

5.1.- Laminación en frío: Siguiendo con la secuencia de la ecuación de Von Karman, se tiene que en este caso los ángulos de contacto son muy pequeños, usualmente menores a 6° por lo que se pueden considerar las siguientes simplificaciones:

sen=


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cos=1 ℎ =2±

Entonces, de la ecuación de Von Karman, tenemos



Ecuación diferencial que se puede resolver considerando que el criterio de Von Mises se puede expresar como:

Donde:

  =

  

= esfuerzo de cedencia considerando deformación biaxial

, = esfuerzos principales

Considerando que los esfuerzos principales se pueden aproximar a través de P=presión de laminación



, p:

 =   =

Por lo tanto:


   =

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Realizando laminación.

∑  =0

, para determinar la relación entre la presión radial y la presión de

  ±  =0

=± 



De lo anterior y la condición de fluencia:

(ℎ )=2± ℎ 1 =2± ℎ1 1 ℎ =2±

De la ecuación anterior se obtiene

La diferencial de un producto se puede escribir de la siguiente manera:

Debido a que cuando el espesor se reduce, el límite de fluencia se incrementa, entonces el producto:

Además,

ℎ = ∴ ℎ =0 ℎ1 =ℎ ℎ=2±  = 2±  ℎ

Sustituyendo todo lo anterior

Y reordenando:


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Para integrar lo anterior se requiere que el espesor h se determine en función de la posición:

Además, sabemos que:

Cuando α es pequeño (α≤6º)

Por lo tanto:

=  

ℎ2 = ℎ=21   =1 2   ℎ=211 2  ℎ=  ℎ=ℎ  =±   ≪1 ≈  = 2±  ℎ     = ℎ2 2 ±    ℎ    

Adicionalmente a lo anterior se tiene:

Nuevamente, considerando ángulos muy pequeños (α≤6º)

Por lo que

Sustituyendo:


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Reordenando, se obtiene:

 = ℎ2 ± ℎ2     

La ecuación se integra de acuerdo: 

Donde:  



Donde:   

  = ∫ + ∫  =    ==2

ℎ   ∴ ℎ2 =  

∫ + =2 ∫ +  ==1 =

2   =2 √  tan−   ℎ    −  t ∴ ℎ2 =2 a n    ℎ⁄

De lo cual, se obtiene:

/ / ℎ ℎ      =[  ]±2ℎ ∗tan−    


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Se define H:

/ − ℎ /  =2ℎ ∗tan      =[ℎ ]±

Donde se obtiene:

Para evaluar la constante de integración:

a) Condiciones de salida

=0 → =0

Considerando el esfuerzo de cedencia a la salida: σ 0 = σ 0 f Considerando un esfuerzo longitudinal al eje de laminación: σ xf De la solución, se tiene:

=  

a la salida.

Sustituyendo, se tiene la ecuación para la determinación de la presión radial de punto neutro a la salida, además del balance de fuerzas con respecto al eje y , se tiene:

 =   =  =  =  =   =( ) ℎ [ℎ ]exp / / ∆ℎ  ∆ℎ  sen=  =  =  

Y la condición de Von Mises,

Por lo tanto:

Para ángulos pequeños:


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Sustituyendo

≈ ∴  = ∆ℎ

 =( ) ℎ [ℎ  ∆ℎ]exp  =( ) ℎ ĥexp 1

Evaluación de la constante de la entrada al punto neutro:

b) Para la condición de entrada se tiene

=   ℎ    =2ℎ tan−      =[ℎ ]

Se tiene:

Para la entrada:

− ℎ     =  [   ] exp

Cuando α = θ (entrada):

Sustituyendo:

− ℎ −  ℎ[  ]− =ℎ ∆ℎ   =   = ℎ  = (  ) ℎ ĥ 


20


Presión radial de la entrada al neutro:

 =  ℎĥ  

2

Las ecuaciones (1) y (2), desarrolladas, permiten calcular la presión radial para cualquier posición, de esto la carga puede ser evaluada como:

  =  

5.2.- Laminación en caliente: Las teorías desarrolladas para laminado en caliente no han alcanzado el grado de avance que se tiene para laminado en frío, debido principalmente a que las condiciones de fricción (varía punto a punto en función de materiales, lubricación y temperatura) y el esfuerzo de cedencia es una función compleja de la temperatura y de la velocidad de deformación, para un material dado.

2′  έ= ℎ = ℎ 1

Con la finalidad de realizar una aproximación se tiene que la velocidad de deformación promedio está dada por:

Si:

Donde:

 1 ε=   έ   1 2  ε=   ℎ 1 ℎ=ℎ 21 ℎ=2 ε=  ℎ 21ℎ ε=   ℎℎ

Vr = Velocidad radial o periférica de los rodillos


21


r = reducción A partir de la ecuación diferencia básica de laminación (ecuación de Von Karman):

ℎ =2±

y sustituyendo una solución obtenida por Orowan con las aproximaciones propuestas por Bland y Ford, Sims desarrolló una ecuación para la carga de laminación, que en su forma simplificada queda:

=  ℎ  ∆ ℎ  ℎ   − = 4∆ℎ tan  ℎ  ℎ ℎℎ 4

Donde Q es una función compleja de la reducción, del espesor, y del coeficiente R/h

Dicho valor puede ser obtenido de la siguiente figura:

Existen otras ecuaciones aplicables a laminado en caliente, entre otras se encuentran las que desarrollaron Bland y Ford empleando análisis de campo de líneas de deslizamiento:

= √ 3 2  ℎℎ PROCESOS DE MANUFACTURA II

22


El par podrá ser calculado mediante:

= √ 3  1.60.91 ℎℎ

Danto y Crane han propuesto para la carga:

= √ 3 1.310.53 ℎ ℎ/

5.3.- Efectos del Laminado en frío y caliente:

Un efecto del trabajo en caliente con la operación de laminado, es el refinamiento del grano causado por recristalización.


23


Para el laminado en frío, se observa que los cristales distorsionados por trabajo en frío generan un mayor endurecimiento, mientras que la ductilidad disminuye.


24


5.4.- Productos: En el laminado en caliente, es preciso llevar un estricto control de la temperatura, atmósfera del horno y tiempos de permanencia en el mismo. Esto es importante porque estos parámetros influyen decisivamente en la calidad superficial del producto acabado, en particular en el caso de las “bobinas calientes” destinadas a ser posteriormente laminadas en frío. En relación con la atmósfera del horno, conviene que ésta sea sólo ligeramente oxidante para que las cascarillas que se formen sean de fácil eliminación. La laminación en caliente, como ya se ha dicho, se realiza a elevadas temperaturas, lo que exige que el material esté a la temperatura adecuada, tanto en la superficie como en el interior. Es lo que se denomina “empapado” (soaking).

Los lingotes extraídos de los hornos de fosa se llevan por un camino de rodillos comandados hasta el tren, donde sufren una primera pasada, generalmente muy ligera, para estallar y romper la capa de cascarilla (“escarabilla”) formada durante su permanencia

en el horno pit. Después, unos eyectores proyectan chorros de agua para romper y expulsar la escarabilla. De no hacerlo así las placas de cascarilla se incrustarían en el material base, relativamente blando, originando defectos superficiales en los laminados. Se muestra en el siguiente flujograma, los procesos llevados a cabo para diferentes productos.


25


Chapa gruesa Fleje caliente

Chapa Laminada en Caliente Bobina caliente


26


Algunos productos obtenidos por laminación en caliente, tales como planchas, carriles o barras se utilizan directamente. Otros han de sufrir un proceso posterior de laminación en frío. Se representa el siguiente flujograma de laminación en frío.

Alambrón


27


Flujograma general de los procesos de laminación en caliente y en frío

6.- CÁLCULO DE LA CARGA DE LOS CILINDROS: 6.1.- Por la Deformación homogénea: La manera más sencilla de deformar un metal es la que se ve en un ensayo de tracción. Esto es, pues la probeta (excepto los extremos) es libre de deformarse sin estar restringida por cuerpos externos, rozamientos. Es un principio general que esta deformación homogénea requiere menos trabajo y, en consecuencia, una carga menor que cualquier otro tipo de deformación. De esta manera, el cálculo de la carga para una deformación homogénea proporciona un límite inferior de la carga necesaria en cualquier otra operación que produzca la misma variación final del área de la sección transversal de la pieza. En un ensayo de tracción, la carga necesaria para provocar la fluencia plástica de una muestra, que ha sido deformada hasta una deformación determinada, es por supuesto, simplemente el producto del área y de la tensión de fluencia Y que corresponde a esta deformación.


28


Se puede obtener un cálculos imple de la carga de los cilindros en la laminación plana, considerando el proceso como una compresión homogénea entre plataformas bien lubrificadas. Las condiciones e hipótesis adoptadas serán las siguientes. CONDICIONES: Buena lubricación entre los cilindros y la pieza de laminación. Evitar los rozamientos excesivos. La reducción de sección transversal es constante e lo largo de la anchura. La deformación se considerará una deformación plana. Se tendrá S=1.15Y Se considerará una tensión de fluencia constante e igual al promedio entre la tensión de fluencia del material a la entrada y la salida (endurecimiento por deformación). Se tendrá S=1.15Y Entonces la carga P necesaria para comprimir la platina es

Además por la figura 1.1 se tiene:

Reemplazando en 1.2

= 1.1  = 1.2  =  ∆ℎ2  =∆ℎ 14 ∆ℎ =√∆ℎ  =√∆ℎ 1.3

Este el límite inferior para el cálculo de la carga en el proceso de laminación. Ahora para aproximarnos un poco más a la situación real, en vez de solo considerar una deformación uniaxial, consideraremos una deformación plana, para ello se toma S=1.15Y, así

 = ̅√∆ℎ 1.4  =1.2 ̅√∆ℎ 1.5

Realizando una aproximación adicional, se considera la sugerencia de Orawan, la cual aumenta en un 20% la carga ideal obtenida para compensar las cargas por rozamientos


29


Por supuesto, esta fórmula no es estrictamente exacta para cualquier proceso de laminación dado. Pero es fácil de recordar, y es muy útil para un cálculo rápido de las cargas cargas aproximadas de los cilindros.

Configuración geométrica simplificada del proceso de laminado; a) la geometría que adquiere la platina bajo la compresión de los rodillos, y b) la curva esfuerzo deformación del proceso. P: carga de laminación. S: tensión de fluencia en deformación plana. L: longitud de mordedura. w: ancho del bloque a laminar. Y: tensión de fluencia.

6.2.- Por el Cálculo del Trabajo:

CONDICIONES:   

Se considera una deformación homogénea plana. La carga se aplica a un punto sobre la superficie de contacto, punto medio del arco de contacto. No existe deslizamiento de la platina entre los cilindros.


30


Es posible calcular el trabajo realizado por el momento de torsión aplicado durante una revolución e igualar éste al trabajo debido a la compresión homogénea de la banda. Como se supone que la carga se aplica al centro del arco de contacto, y por ser un cilindro con un radio grande en comparación con la variación del espesor, tenemos que el momento es:

Para una revolución,

= 2  =2  =2 2 = 1.6  =2 =2 1.7

El trabajo para una revolución generado por el momento anterior es

Para el trabajo por los dos cilindros

El volumen de banda laminada en una revolución será

=2ℎ

El trabajo por deformación homogénea en una deformación plana es,

  =2ℎ ̅ ln ℎℎ ̅  == l n  

1.8

Igualando las ecuaciones 1.7 y 1.8 y despejando P/w tenemos:

2ℎ=2ℎ ̅ ln ℎℎ 1.9

Con:


31


ln ℎℎ=lnℎ ℎ∆ℎ =ln1 ∆ℎℎ≈ ∆ℎ Despejando P/w en 1.9, tenemos

 =  ℎ ̅ ∆ℎℎ = √ ∆ℎ∆ℎ  ̅ = ̅√∆ℎ

Las condiciones de fricción varían punto a punto en función de materiales, lubricación y temperatura. El esfuerzo de cedencia es una función compleja de la temperatura y de la velocidad y de la velocidad de deformación

6.3.- Análisis del laminado Plano:


32


Distribución de las cargas Ejercidas por el Rodillo.

6.4.- Fuerza requerida para mantener la Separación de los rodillos:


33


Distribución de las tensiones axiales en la zona de las bandas de laminado.

Ejemplo: Una tira con un ancho de 12 pulg y 1.0 pulg de espesor se alimenta a través de un molino laminador de rodillo de 10 pulg de radio cada uno. El espesor de trabajo se reduce a 0.875 pulg en un paso a una velocidad de 50 rev/min. El material de trabajo tiene una curva de fluencia definida por K= 40 000 lb/pulg 2 y n=0.15, se asume que el coeficiente de fricción entre rodillo y el trabajo es 0.12. Determine si la fricción es suficiente para realizar la operación de laminado. Si es así, calcule la fuerza de laminado, el momento de torsión y la potencia en caballos de fuerza.


34


Solución:

En el laminado plano se da la carga entre dos rodillo de manera que su espesor se reduce a una cantidad llamada draft, calculando el draft d:

=  =1.00.875=0.125

El esfuerzo real experimentado por el trabajo de laminado, se basa en el espesor del material antes y después del laminado.

=ln=ln0.8175=0.134

Ahora, reemplazando en la ecuación de la tensión de fluencia promedio, tenemos

. =25 729 /   = 400000. 1 34  = 1 10.15

La longitud de contacto se puede aproximar con


35


= √∆ℎ=   == 100.125 =1.118 Calculando la fuerza de laminado mediante una de deformación uniaxial

==25729∗12∗1.118=345 184 

Debido a que se trata a una deformación plana

= ̅= √ 23 =398 584  

El momento de torsión se puede estimar suponiendo que la fuerza ejercida por los rodillos se centra en la superficie de trabajo, y actúa con un brazo de palanca de L/2, así

= 12 = 12 398 5841.118=222 808  

La potencia requerida para mover este rodillo, es el producto del momento de torsión por la velocidad angular

=22=2502∗222 808=

139 994 395,2pulg-lbf/min

En HP’s:

   ,  =   =. 

7.- PRACTICA DE LAMINADO Y EQUIPO DE LAMINACION: La laminación consiste en la reducción de la sección transversal de un material, al hacerlo pasar entre dos rodillos cilíndricos que giran en sentido opuesto. Dichos cilindros producen la deformación plástica del material por medio de esfuerzos de compresión y corte. PROCESOS DE MANUFACTURA II

36


Existen 2 tipos de laminados, en frio y en caliente: 

El laminado en frío se lleva a cabo a la temperatura ambiente y, comparada con la laminación en caliente, produce hojas y tiras con un acabado superficial mucho mejor debido a la inexistencia de cascarilla_, mejores tolerancias dimensionales y buenas propiedades mecánicas, gracias al endurecimiento por deformación.



El laminado en caliente se empieza en un horno de precalentamiento, donde por se someterá a altas temperaturas cambiando su cristalografía y otorgando una mejor ductibilidad. Para el laminado en caliente los rodillos utilizando menores cargas pero sufren el problema de control dimensional y acabado superficial.

En la laminación, existen 3 productos que son los más viables para laminar de los cuales se obtienen una variedad de productos derivados. 

Plancha (Slabs): Son planchas de sección transversal rectangular. Los planchones se laminan en placas y en hojas.



Lupia o tacos (Blooms): un taco posee una sección transversal cuadrada, de por lo menos 150 mm de lado; Los tacos se siguen procesando, mediante laminado, en forma de perfiles estructurales y raíles de ferrocarril.



Palanquilla (Billets): son, por lo general, cuadradas, con un área transversal menor que la de los tacos; posteriormente, se laminan en varias formas, como varillas y barras redondas.

7.1.- CAJAS DE LAMINACION: Consta de una estructura que sirve de chasis y de unos cilindros que realizan la laminación.

7.1.1.- Arreglos de Cilindros Laminadores:


37


Cilindro: Cumplen la función de ejercer la comprensión sobre la pieza, los cilindros para laminar planos son de tabla lisa, mientras que los destinados a obtener otras formas son perfilados. Para soportar el desgaste, los cilindros deben ser muy duros. Los cilindros son producto de la fundición o de forja según las fuerzas que van a soportar. En la construcción de cilindros se pueden emplear los siguientes materiales: 

Aceros especiales al cromo o al cromo-manganeso.



Fundición con alto contenido de fósforo colada en coquilla, con esto se obtiene una microestructura cementítica durísima y resistente al desgaste.



Fundición de grafito esferoidal, casi siempre templada, muy dura pero tenaz.

Cilindro Plano y Cilindro para Desbaste

Laminador Arreglo Dúo Consiste en dos rodillos que giran en sentido opuesto, cuyo eje de rotación es horizontal, y están contenidos en un mismo plano vertical. En el caso de que se cuente con una sola caja para realizar el proceso, éste será lento debido al tiempo que se pierde al llevar el material a la entrada del laminador, además de que se requieren mesas elevadoras. PROCESOS DE MANUFACTURA II

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Mecanismo de un Laminador Dúo

Laminador Arreglo Triple Consta de tres rodillos de igual diámetro, con eje de rotación horizontal; los ejes de los tres se encuentran contenidos en un mismo plano vertical. Presenta las ventajas de dúo y dúo reversible, razón por la que es utilizado en desbaste así como en trenes desplegados. En el caso de que sean empleados en el desbaste, será necesario que cuenten con mesas elevadoras en ambos lados.

Arreglo Triple de Laminación Arreglo de laminador Laminador Cuarto Triple. Vista Lateral Está compuesto por 4 rodillos; dos de trabajo y dos de apoyo, cuyo eje de rotación está contenido en un mismo plano vertical. Los rodillos interiores (de trabajo) normalmente son forjados y su diámetro es de 1/2 a 1/3 de los de apoyo. PROCESOS DE MANUFACTURA II

39


Usado exclusivamente para laminado de chapas en frio.

Caja cuarto, en industria, se observan la posición de ambos cilindros de apoyo

Laminador cuarto, cuenta con dos rodillos grandes que ejercen apoyo sobre los dos pequeños

Laminador Racimo Consiste en dos rodillos de trabajo de pequeño diámetro y cuatro o más rodillos de apoyo, contenidos en varios planos verticales. Se emplea en el acabado de hoja metálica de alta resistencia y de pequeño espesor.

Laminador con arreglo de Racimo


40


Laminador Sendzimir Es una refinación del arreglo de racimo, en el que se tienen del orden de 18 rodillos de apoyo. Se emplea cuando se van a laminar metales muy tenaces, de anchos mayores a 1 m y de espesores muy pequeños. La aplicación del rodillo de pequeño diámetro permite reducir la carga y, por lo tanto, la potencia necesaria, además de que facilita la laminación de pequeños espesores así como el preciso control del espesor.

Laminador Sendzimir Laminador Planetario Consiste en una serie de rodillos de pequeño diámetro, los cuales giran sobre dos rodillos de apoyo de mayor diámetro. Dadas las grandes reducciones y las obvias características del producto acabado, es necesario contar con rodillos de empuje y cuando menos un par de rodillos acabadores. Por su complejidad y alto costo son muy poco comunes.

Laminador Planetario. Debido a los rodillos de trabajo, este laminador tiene la capacidad de reemplazar a un tren .


41


7.2.- Cojinetes y ampuesas: Los cojinetes son unos rodamientos que encajados entre las ampuesas sujetan el cuello de cada cilindro respectivo para permitir su giro. Las ampuesas son unas piezas desmontables con huecos en los que se alojan los rodamientos del cilindro y se encargan de mantener en posición los cilindros en su chassis (“castillete”). Además, permiten que los cilindros de apoyo de las cajas cuarto y los cilindros únicos de las cajas dúo transmitan las fuerzas de laminación a los rodamientos.

7.3.- Estructura Principal: Entre toda la estructura, se resaltan 3 elementos que son el castillete, el calibrador y el pozo. Castillete: Los castilletes son dos estructuras verticales en cuyas ventanas encuentran asiento y sujeción las ampuesas y los cojinetes de los cilindros. El Calibrador: Es un mecanismo de ajuste que permite modificar la distancia entre los cilindros y, en consecuencia, las dimensiones de salida de los productos laminados. Incrustados en los castilletes hay unos tornillos de presión que mantienen fijos los cuellos de cada cilindro. Entre ambos tornillos hay un dispositivo de compensación que homogeniza los esfuerzos sufridos por los extremos de cada cilindro. El Pozo: Es el sumidero en el que cae y se almacena la cascarilla formada en la laminación. En el pozo también se recogen los posibles recortes del material antes de entrar en contacto con los cilindros.


42


Sistema de Movimiento Los motores de accionamiento son eléctricos y transmiten a través de las alargaderas la potencia necesaria para que los cilindros realicen la laminación. Estas alargaderas están rematadas en su extremo opuesto al motor por las “chocolateras”

que son las piezas huecas en las cuales encajan los trefles para transmitir el giro a los cilindros.

8.- TRENES DE LAMINACION: 8.1.- Según su número y disposición: 

Trenes de Caja Dúo: es el más sencillo, compuesto por una caja dúo que permite girar en ambos sentidos.



Trenes de Caja Triple: El uso del triple cilindro permite laminar alternativamente en un sentido con los cilindros medios e inferior, y en un sentido contrario con los cilindros medio y superior.



Trenes de Caja Cuarto: Diseño de trenes para la fabricación de chapas, ya que el uso de una caja cuarto es preciso para ejercer fuertes presiones.



Trenes Continuos: Se compone de cajas que se encuentran una a continuación de otra; el material que se está laminando pasa de una a otra caja sin interrupción, y se lamina la misma barra en varias cajas al mismo tiempo.



Trenes Semicontinuos: Están compuestos por un tren continuo procedido por una caja dúo reversible que funcionaba como desbastadora.

8.2.- Según Productos Inicial y Final: Trenes Desbastadores: Formado de cajas robustas y caros. Se utilizan para la laminación de fundiciones de lingotes de sección cuadradas, como los tacos (Bloom) y planchas (slab).


43


Caja dúo debastadora Trenes de Bandas: Laminan los productos de los trenes desbastadores transformándolas en bobinas de bandas comprendidas entre 10mm y 25 mm y de anchuras entre 200mm y 600 mm, usualmente es un tren con cajas cuarto. Estos trenes pueden ser continuos para grandes producciones.

Esquema de un tren semicontinuo para bandas calientes

Trenes para Chapas Gruesas:


44


Para la obtención de chapa gruesa de aceros bajos en carbono o microaleados hay una caja dúo no reversible previa que actúa como descascarillador, y a continuación una caja cuarto reversible de gran potencia que transforma el desbaste en un planchón de 20 o 30 m de longitud a la vez que recibe el impacto de chorros de agua.

9-.PROCESO DE LAMINADO

9.1 Definición : Mediante laminación se modifican a formas comerciales los perfiles colados en lingoteras o en máquinas de colada continua. Algunas de estas formas son aptas para su empleo directo (carriles, vigas…). Otras, han de sufrir modificaciones adicionales como es el caso d e la

chapa o alambre. 9.2 Campos de aplicación: o

Laminado en caliente

o

Laminado en frio

o

Diferencias de laminado en caliente y laminado en frio 

Laminación en frío:



Buen acabado superficial



Buen control dimensional



Bajo porcentaje de reducción posible. Se hace necesario un recocido para aliviar tensiones por deformación plástica en frío (acritud)



Laminación en caliente:




Posibilidad de altos porcentajes de reducción 45








Deficiente acabado superficial control dimensional Menores cargas de deformación

9.3Clasificación de los procesos de laminado: 9.3.1LAMINADO EN CALIENTE:

La laminación en caliente efectuada por encima de la temperatura de recristalización del metal convierte la estructura colada en una estructura laminada. Esta estructura tiene granos más finos y una mayor ductilidad (cuando más elevada es su temperatura que oscila entre 800°C y 1250°C, resultando ambas de la ruptura de los límites de los granos frágiles y del cierre de los defectos internos, especialmente de la porosidad.

Debido a la oxidación y otras desventajas del trabajo en caliente a temperaturas elevadas, la mayoría de los metales ferrosos se trabajan en frio o se terminan en frio después del trabajo en caliente para obtener un buen acabado superficial, alta exactitud dimensional y mejorar las propiedades mecánicas.



Procedimiento:

o

Calentamiento de lingotes:


46


La laminación en caliente, se realiza a elevadas temperaturas, lo que exige que el material esté a la temperatura adecuada, tanto en la superficie como en el interior. Es lo que se denomina “empapado”, sometiéndolo a hornos de fosa. Pudiendo ser:



En fábricas integrales: los hornos de calentamiento de lingotes utilizan como combustible una mezcla de gas de batería de coque y gas de horno alto, ambos generados en la propia factoría.



En las siderúrgicas no integrales (acerías eléctricas, por ejemplo) se utilizan combustibles exteriores, como gasoil o gas natural. El comburente de los quemadores puede ser aire soplado por un ventilador u oxígeno puro (“oxifuel”). Los hornos pueden ser “de fosa”

o de cámara con recuperación de calor de los humos si el combur ente es aire. 

Hornos de fosa

La etapa previa de la laminación en caliente consiste en el calentamiento de los planchones, con los siguientes objetivos: - Formación de cascarilla fácil de eliminar y que deje buena superficie. - Ablandamiento del acero hasta maleabilidad que haga posible su laminación. - Calentamiento suficiente (>1200 ºC) que permita efectuar laminación austenítica o ferrítica Después de desmoldados, los lingotes o petancas se recalientan en los hornos de fosa (hornos “pit”), constituidos por cámaras reve stidas de refractario en las que se introducen

los lingotes en posición vertical. Normalmente el horno se encuentra bajo el nivel del suelo, de forma que la tapa desplazable queda a la altura del mismo.


47


Cuando los lingotes están bien “empapados”, es decir, cuando se ha alcanzado una

temperatura homogénea superior a unos 1150º C en toda su masa, se sacan del horno mediante unas pinzas que los depositan en los carros-cuna los cuales los trasladan hasta el camino de rodillos comandados que alimenta al tren desbastador blooming o slabbing.


48




Desbastado de lingotes obtenidos en colada antigua

La zona desbastadora engloba los sistemas de descascarillado, canteo y desbaste propiamente dicho. Los trenes canteadores (horizontales y verticales) están constituídos por cajas dúo, como también los descascarilladores horizontales y verticales (figura 39). La escarabilla estallada en estas cajas se elimina por chorros de agua a 120 kg/mm2 de presión que impactan sobre la superficie del desbaste. La cascarilla cae al canal que discurre bajo el tren y es arrastrada por agua hasta un foso o colector, donde se recicla.

Los lingotes extraídos de los hornos de fosa se llevan por un camino de rodillos comandados hasta el tren (tren de desbaste), donde sufren una primera pasada, generalmente muy ligera, para estallar y romper la capa de cascarilla (“escarabilla”) formada

durante su permanencia en el horno pit.


49


Después, unos eyectores proyectan chorros de agua para romper y expulsar la escarabilla. De no hacerlo así las placas de cascarilla se incrustarían en el material base, relativamente blando, originando defectos superficiales en los laminados. La distancia entre cilindros se va reduciendo a lo largo de las sucesivas pasadas, con lo que se reduce el espesor de la barra. En momentos intermedios se voltea la barra para uniformizar sus medidas transversales.


50



51




Saneado de desbastes:

Los métodos de saneado son varios: o

Cincelado:

En este caso se emplea un cortafrío accionado manualmente o por aire comprimido. También pueden emplearse cepillos, lijadoras o fresadoras de dimensiones adecuadas. o

Escarpado:

Consiste en eliminar las grietas, pliegues y demás defectos mediante un soplete de oxígeno que a veces es una simple caña de fontanería. Esta operación se ha automatizado en los trenes todavía existentes. o

Esmerilado:


52


Se hace mediante amoladora abrasiva. Por su elevado coste sólo se utiliza en el caso de aceros de alta aleación a los que no podría aplicarle el escarpado térmico.

. 

Zona acabadora:

Comprende el tren acabador y las mesas de enfriamiento, tal como se ha visto en figuras anteriores. Tras el conjunto descascarillador-desbastador se sitúa la tijera (cuchillas refrigeradas) que despunta el chapón antes de su entrada al tren acabador. El chapón que sale del tren desbastador reversible sufre una sola pasada en el tren acabador en el que se convertirá en “bobina caliente”.

El tren acabador es un tren continuo no reversible formado por cajas cuarto. Normalmente se dispone de 6 o 7 cajas acabadoras, aunque a veces su número es mayor. Se cuenta con sistema de refrigeración de los cilindros e incluso sistemas de lubricación de los mismos, así como dispositivos para el cambio rápido de los cilindros de trabajo que reducen los tiempos de parada.


53




Métodos más usados en perfiles laminados en caliente o

Método rolado

Se fabrica pasando el material a través de trenes de rolado o rodillos, los cuales aplican presión para reducir el espesor de la sección y alargar el metal PROCESOS DE MANUFACTURA II

54


o

Método de extrusión :

Los metales que pueden trabajarse en caliente pueden extruirse con formas de sección transversal uniforme con ayuda de presión, EL principio de extrusión, similar a la sección del chorro de la pasta de dientes de un tubo, ha sido muy usado para procesos en serie desde la producción de ladrillos, tubos de desagüe, tubo de drenaje, hasta la manufactura de macarrones. En frio pueden emplearse metales como el plomo, estaño y aluminio los demás necesitan calor.

Las ventajas de la extrusión incluyen la facilidad de producir una variedad de formas de alta resistencia, buena exactitud y terminado de superficie a altas velocidades de producción y relativamente con un bajo costo de los dados. 

Laminado Plano:

Se llama “productos planos” a los laminados cuyas medidas transversales son

relativamente significativas en comparación con su longitud. Los trenes de planos se alimentan de desbastes planos (planchones, slabs), procedentes de las máquinas de colada continua, o de lingotes convencionales (“petacas”) desb astados

en los slabbing. Antes de la laminación han de pasar por los hornos de recalentar con el fin de conseguir las temperaturas y maleabilidad adecuadas para su transformación posterior. La configuración de los trenes depende del producto a obtener. PROCESOS DE MANUFACTURA II

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Cuando la laminación se efectúa en el tren de chapa gruesa el producto plano obtenido es la chapa gruesa (“chapa naval”), con espesores que pueden llegar hasta 150 mm. Si la laminación es en el tren de bandas en caliente el producto plano es la bobina “caliente” o

bobina de chapa, en espesores que van desde 1,5 mm hasta unos 12 mm, y con anchos que pueden llegar hasta 2.000 mm.



Chapa gruesa :

Para la obtención de chapa gruesa de aceros bajos en carbono o micro aleados hay una caja dúo no reversible previa que actúa como descascarillador, y a continuación una caja cuarto reversible de gran potencia que transforma el desbaste en un planchón de 20 o 30 m de longitud a la vez que recibe el impacto de chorros de agua. Después se pasa por la enderezadora en caliente y la tijera. A continuación se somete la chapa a los siguientes procesos de acabado:

o

Despunte, rebordeado y corte longitudinal y transversal de las chapas a las medidas previstas.



o

Saneado si fuera preciso, controles y marcado.

o

Envío a expediciones.

En un tren de chapa gruesa hay varias etapas: o

Laminación propiamente dicha:

Es la parte más importante y compleja de la instalación. La caja suele ser cuarto reversible, y la laminación se realiza mediante pasadas alternativas en ambos sentidos. Este proceso de laminación es el más empleado y está constituido por tres fases que son: acondicionamiento, ancho y acabado.

o

Normalizado:

La estructura y características de la chapa a temperatura ambiente dependen, aparte de otras variables, de la velocidad con que se efectúa el enfriami ento. Para llegar en los aceros a la estructura y características que podrían considerarse deseables puede ser necesario


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efectuar tratamiento térmico de normalizado. Para conseguir un calentamiento adecuado, hay que jugar fundamentalmente con dos factores: - Temperatura de entrada de la chapa en el horno, ya que si la chapa entra fría, el desplazamiento en él ha de ser más lento. - Espesor y ancho de chapa, de forma que cuantos mayores sean más lento ha de ser el desplazamiento. o

Aplanadora:

Las chapas laminadas pueden salir de la caja laminadora con pequeños defectos y deformaciones en forma de ondulaciones que de no subsanarse determinarían su rechazo. Esto se evita implantando una aplanadora a continuación de la caja laminadora. o

Tijeras:

Una vez aplanada la chapa, pasa por una tijera donde se corta el material sobrante de cabeza y cola. Después se pasan las chapas por los enfriaderos, hasta llegar a menos de 200º C, y se trasladan a la máquina de pintar para imprimir un código identificativo que sirve de hoja de seguimiento o “historia clínica” que le acompaña hasta su envío a

clientes.

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Laminación en caliente de productos largos (perfiles)

Se denominan “productos largos”, en contraposición con los “planos”, aquellos en los que

sus medidas transversales son pequeñas comparadas con su longitud.

La sección es maciza y de distintas formas: Pletina, cuadrado, rectangular, circular, oval,U, T, I, doble T, angular, corrugado, etc. Los trenes de productos largos se alimentan de


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desbastes cuadrados, ligeramente rectangulares o de formas especiales (beam blank, “hueso de perro”…). La mayor parte de ellos se lamina en caliente, tanto el alambrón como

las barras y estructurales. En el caso de aceros especiales también se fabrican secciones hexagonales, cuadrados y llantas de canto liso o redondeado. Estas últimas son importantes en los aceros de muelles y ballestas de automóvil. Los cilindros de estos trenes presentan unas acanaladuras de formas adecuadas que van conformando el desbaste (“bloom” ) en sucesivas pasadas. Suelen estar formados por cajas

dúo reversibles. Para perfiles de grandes secciones, las cajas se disponen siguiendo líneas paralelas; el movimiento del perfil durante la laminación les ha dado nombre especial: “cross country”. Los perfiles de dimensiones pequeñas se laminan en trenes continuos o

semicontinuos en instalaciones pequeñas. 

Esquema de pasadas


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9.3.2LAMINADO EN FRIO:

Algunos productos obtenidos por laminación en caliente, tales como planchas, carriles o barras se utilizan directamente. Otros han de sufrir un proceso posterior de laminación en frío. La denominación de “bobinas calientes” no se debe a que estén a temperatura elevada sino a que previamente han sido laminadas en caliente. 

Laminación en frío de bandas

El proceso de laminación en frío tiene el mismo fundamento que el de laminación en caliente, es decir, producir una deformación permanente aprovechando la ductilidad del acero; para ello se hace pasar el material entre dos cilindros cuya separación es inferior al espesor de la banda original. En la laminación en frío se parte de bobinas laminadas en caliente. Los espesores varían, según los tipos de acero, entre 1,5 mm y 8,5 mm. Se reduce normalmente hasta espesores variados, comprendidos entre 0,10 mm y 6 mm. Para un acero plano (no aleado) hay las siguientes etapas: 1) Decapado o limpieza de la banda. 2) Laminación propiamente dicha. 3) Recocido regenerador. 4) “Temper” (endurecimiento superficial).


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Proceso de decapado

En la figura se representa esquemáticamente una línea de decapado en la que se eliminan la cascarilla y demás impurezas adheridas a la piel. Ésta se desenrolla; su cabeza se corta perpendicularmente al avance y se suelda a la cola de la anterior (“enhebrado”). Es un proceso continuo que obliga a prever unos acumuladores de banda (“carros de bucles”) horizontales o verticales que sirven de pulmón

compensador de las retenciones y acumulaciones que como es lógico han de producirse. Después la banda pasa por unos baños de ácido diluído y caliente que disuelve los óxidos, se lava y acondiciona. Finalmente se despunta, rebordea y arrolla. En muchas plantas se aplica una película de aceite que hace un doble papel anticorrosivo y lubricador. En la misma línea o en otra posterior se cortan los bordes de laminación en caliente evitando defectos y mejorando la tolerancia en anchura. Es la operación de “rebordeado”.


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Laminación propiamente dicha

Después del decapado la banda está en condiciones de ser laminada en frío, es decir, rebajar su espesor original en porcentajes que varían desde el 30 % (espesores gruesos) al 90 % (hojalata). Esta reducción se consigue en los trenes de laminación en frío , que pueden ser continuos (“tándem”) o reversibles con pasadas sucesivas. 1) Laminación en frío: Con ella se reduce el espesor de la banda y se mejora el acabado superficial. Esta reducción se puede hacer en: - Trenes reversibles: En una sola caja cuarto se efectúan pasadas sucesivas de ida y vuelta hasta alcanzar el espesor previsto. - Trenes continuos (tándem), para aceros bajos en carbono: Las bandas pasan por 5, 6 o más cajas cuarto no reversibles en una sola pasada. La banda entra en la caja inicial y sufre una primera reducción, pasando a la segunda caja, en la que sufre una segunda reducción y así hasta la última, en la que recibe la pasada de acabado.

La banda se alarga en sentido longitudinal, siendo prácticamente nulo el ensanchamiento transversal. Cuando la banda sale de una caja su longitud ha aumentado extraordinariamente. En consecuencia, en la caja siguiente la velocidad PROCESOS DE MANUFACTURA II

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de desplazamiento ha de aumentar en la misma proporción para evitar tirones o acumulación de material entre caja y caja. En el proceso se adiciona una emulsión que disminuye rozamiento y desgaste de cilindros, a la vez que aumenta productividad y calidad. Al ser un proceso en frío no se llega a temperatura de recristalización, por lo que se originan modificaciones microestructurales (acritud) que aumentan resistencia y dureza y disminuyen maleabilidad. Los granos quedan alargados en el sentido de la laminación, lo que obliga a efectuar un recocido restaurador. Antes del recocido se eliminan los restos de aceites de la superficie de la banda por limpieza electrolítica o paso por baños detergentes a una temperatura determinada.

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Proceso de recocido

Sirve para restituir la maleabilidad al material laminado en frío gracias a la recristalización producida por el tratamiento térmico. El recocido se hace, según los casos, en campana (discontinuo) o en continuo. Con él se obtienen las características buscadas como: - Buena microestructura y características mecánicas. - Superficie favorable en cuanto a segregación y limpieza. El recocido en campana (Bell Annealing, BA) es un proceso discontinuo de larga duración, y que puede efectuarse: - Recociendo en atmósfera controlada varias bobinas abiertas en las que las espiras se han separado previamente. Se utiliza sólo en casos muy especiales. - Recociendo una o varias bobinas cerradas. La operación se hace apilando varias bobinas en la campana interior del horno, donde el calor se transmite a la banda por convección. Una atmósfera de h idrógeno mejora la transferencia térmica (aumento de productividad) y la calidad superficial, por lo que se emplea en productos delicados, tal como automóvil.


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El tiempo de calentamiento es grande, hasta 30 h, para conseguir homogeneidad. La temperatura y tiempo de empapado, 5 – 12 h, varían según el tipo de acero y las características a alcanzar. El ciclo total, muy largo, no baja de cuatro días.

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Temperizado

Después de recocida, la banda queda excesivamente blanda. El “temperado” le da rigidez y dureza superficial, suprimiendo el “escalón de cedencia” (pa lier) causa de

la posterior aparición de defectos superficiales al conformar la chapa (líneas de cedencia o líneas de Lüder). Se efectúa en los trenes “temper” o “skin pass”,

constituídos por dos cajas cuarto cuyos rodillos de trabajo tienen la superficie adecuada para obtener en la chapa temperizada la lisura superficial deseada. Se trata de una laminación suave, efectuada en seco y que produce un alargamiento del 1 al 2 %. La chapa laminada en frío, recocida y temperizada puede emplearse como semiproducto en líneas de recubrimiento o venderse directamente a clientes. También puede pasar por las líneas de corte longitudinal o transversal.


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Después del temperado las bobinas pueden tener tres destinos: - Corte dentro de la propia factoría para obtener paquetes de chapa o bobinas de fleje. - Líneas de recubrimiento. - Expedición para procesado y utilización fuera de la acería. En las líneas de corte se inspeccionan las chapas, marcándose según el acabado alcanzado.

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Laminado conjunto

El laminado conjunto es una operación de laminado plano en la cual dos o más capas de metal se laminan juntas; este proceso mejora la productividad. La hoja de aluminio, por ejemplo, se lamina en conjunto o en dos capas. Un lado de la hoja de aluminio es mate, el otro brillante; el lado de hoja a hoja tiene un acabado mate y satinado, pero el lado de hoja a rodillo es brillante y pulido, porque ha estado en contacto con los rodillos pulidos.

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Laminado en anillo (Laminado en Caliente y frio)

En el proceso de laminado en anillo, un anillo grueso se expande a un anillo de gran diámetro con una sección transversal reducida. El anillo se coloca entre dos rodillos, uno PROCESOS DE MANUFACTURA II

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de los cuales es impulsado, y su espesor se va reduciendo al ir acercando los rodillos entre sí conforme giran. Dado que el volumen del anillo se conserva constante durante la deformación, la reducción de espesor se compensa con un incremento en el diámetro del anillo. La pieza en bruto en forma de anillo puede producirse cortándola de una placa, perforándola o cortando un tubo de pared gruesa. Mediante el uso de rodillos para anillo se pueden producir varias formas. Las aplicaciones típicas para el laminado en anillo son los grandes anillos para cohetes y turbinas, las coronas de engranajes, las pistas para bolas y rodillos de cojinetes, las bridas y los anillos de refuerzo para tuberías. El proceso de laminado en anillo se puede efectuar a temperatura ambiente o a temperaturas elevadas, dependiendo del tamaño, resistencia y ductilidad del material de la pieza de trabajo. En comparación con otros procesos de manufactura capaces de fabricar la misma pieza, las ventajas de este proceso son un corto tipo de producción, ahorros de material, estrictas tolerancias dimensionales y un flujo favorable del grano en el producto.

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Laminado de roscas (Laminado en frio)

El proceso de laminado de roscas es un proceso de conformado en frío en el cual se forman roscas rectas o cónicas en varillas redondas, al pasar éstas entre dos dados para darles forma. Las roscas se forman sobre la varilla o sobre el alambre en cada carrera de un par de dados planos reciprocantes. Los productos típicos son los tornillos, los pernos y piezas similares roscadas. Dependiendo del diseño del dado, el diámetro principal de una rosca laminada puede o no ser mayor que el de una rosca maquinada.


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El proceso de laminado de roscas tiene la ventaja de generar roscas sin ninguna pérdida de material (desperdicio) y con buena resistencia (debido al trabajo en frío). El acabado superficial es muy terso y el proceso induce sobre la superficie de la pieza esfuerzos residuales de compresión, mejorando por tanto la vida bajo condiciones de fatiga. El laminado de roscas es superior a otros métodos de manufactura de roscas, dado que el maquinado de las roscas corta a través de las líneas el flujo del grano del material, en tanto que el laminado de roscas deja un patrón de flujo fino de grano que mejora la resistencia de la rosca. A diferencia del maquinado, que corta a través de los granos el metal, el laminado de las roscas genera una mejor resistencia, gracias al trabajo en frío y a un flujo favorable del grano. Para metales en condición dura, las roscas se maquinan y/o se rectifican. Las roscas laminadas están disponibles en las formas de rosca estándar de más amplio uso, las de poco uso por lo general se maquinan


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ANEXO :

Cilindro de fundición muy dura

Derivados de las 3 formas a laminar


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Esquema de un sistema de laminado de bandas en caliente, con tren continuo

Bibliografía Prontuario para el Empleo del Acero Laminado (1979). Bilbao : Altos Hornos de Bilbao Ediciones Manufactura, ingenieria y Tecnologia, Proceso y equipo para el formado y moldeado. KALPAKJIAN, 4ta Edicion. “Tecnología de los Metales” , A. Malishev y otros 1975, Editorial MIR, Moscú. “Tecnología Mecánica y Metrotecnia”, H. Arias y J.M. Lasheras, 1964, Ediciones

Cedel, Barcelona. “Fundamentos de la Laminación”, W. Trinks y J. Montero, 1964, Ediciones de

Interciencia, Libros Técnicos, Madrid. Conformado de Metales-Geoffrey W. Rowe pag. 249-285

Linkografía: http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/xmlui/bitstream/handle/132.248.52.100/2548/0 8-MPM-Cap5-Final.pdf?sequence=8 https://johnguio.files.wordpress.com/2013/09/clase-magistral-laminacic3b3n.pdf


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Proceso de Laminacion- Final

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