Laminado.
Proceso en el cual se reduce el material pasandolo entre un
par de rodillos rotatorios, los rodillos son generalmente cilindricos y
producen productos planos tales como laminas o cintas. Tambien pueden estar
ranurados o grabados sobre una superficie .
El laminado es un proceso de deformación volumétrica en el que se reduce el
espesor inicial del material trabajado, mediante las fuerzas de compresión que
ejercen dos rodillos sobre la pieza/material de trabajo. Los rodillos giran en
sentidos opuestos para que fluya el material entre ellos, ejerciendo fuerzas de
compresión y de cizallamiento, originadas por el rozamiento que se produce
entre los rodillos y el metal. Los procesos de laminado requieren gran
inversión de capital; debido a ello los molinos de laminado se usan para la
producción de grandes cantidades de productos estándar (láminas, placas, etc.).
Los procesos de laminado se realizan, en su gran mayoría, en caliente por
la gran deformación ejercida sobre el material trabajado. Además, los materiales
laminados en caliente tienen propiedades isotrópicas y carecen de tensiones
residuales. Los principales inconvenientes que presenta el laminado en caliente
son que el producto no puede mantenerse dentro de tolerancias adecuadas, y que
la superficie de la pieza queda cubierta por una capa de óxido característica.
Principales aplicaciones del laminado.
El laminado se utiliza en los procesos de fabricación de los aceros,
aluminio, cobre, magnesio, plomo, estaño, zinc, y sus aleaciones. Casi todos los
metales utilizados en la industria, han sufrido una laminación en alguna etapa
de su conformación. Aunque la principal aplicación del laminado es la
«laminación del acero».
La laminación del
acero
La principal aplicación de la laminación es la producción de acero. La
temperatura de la laminación del acero es de unos 1200 °C, los lingotes de
acero iniciales, que se obtienen por fundición se elevan a dicha temperatura en
unos hornos llamados «fosas de recalentamiento» y el proceso en el que elevamos
la temperatura del lingote recibe el nombre de «recalentado».
Los lingotes de acero recalentados pasan al molino de laminación en los
que se laminan para convertirlos en una de las tres formas intermedias: lupias,
tochos o planchas. Las lupias se utilizan para generar perfiles estructurales y
rieles para ferrocarril, los tochos se laminan para obtener barras y varillas.
Y las planchas se laminan para producir placas, laminas y tiras. El laminado
posterior de las placas y láminas suele realizarse en frío.
Análisis del laminado plano
El laminado plano comprende
el laminado de piezas con sección transversal rectangular con un ancho mayor
que el espesor. En el laminado plano se reduce el espesor de la pieza una
cantidad, que llamamos -draft- «diferencia»:
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d = t0 – tf
Dónde: d
= diferencia (mm); t0
= espesor inicial (mm);
tf = espesor final (mm).
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En ocasiones, la diferencia se expresa en
relación al espesor inicial como la «reducción»:
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r = d/t0
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En el caso de que se produzcan varias operaciones de laminado, la reducción
es la suma de los adelgazamientos dividida entre el espesor inicial.
En la operación de laminado, al reducirse el espesor, aumenta el ancho y
la longitud del material de trabajo. Como tal, existe una relación respecto a
las dimensiones iniciales debido a la conservación del material, de modo que el
volumen inicial es igual al volumen final:
t0.w0.L0 = tf . wf
. Lf
Dónde:
w0, L0 corresponden al ancho y largo
iniciales de trabajo (mm); wf , Lf son ancho y largo finales
de trabajo (mm).
En el laminado plano también permanece constante la velocidad
volumétrica del material, por tanto, la velocidad de entrada (inicial) y
salida (final) del material se relacionan de la siguiente manera:
t0.w0.v0
= tf . wf . vf
Dónde:
v0 y vf son las velocidades de entrada y
salida del material de trabajo, respectivamente.
La superficie de los rodillos, que está en contacto con el material a lo
largo de un arco definido por el ángulo: q tiene una velocidad
superficial: vr ésta velocidad es
menor que: vf y mayor que: v0.
A lo largo de la superficie de contacto con los
rodillos la velocidad del material va cambiando gradualmente y hay un punto a
lo largo del arco en el que la velocidad del material es la misma que la de
los rodillos. Este punto recibe el nombre de «punto neutro». A ambos lados de
dicho punto se producen deslizamientos y fricción entre el material y los
rodillos. La cantidad de deslizamiento que se produce entre el material y los
rodillos se mide como «deslizamiento hacia delante»:
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S = (vf
- vr )/ vr
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Dónde: s = deslizamiento hacia adelante, vf
= velocidad final del trabajo (salida) (m/s); vr
= velocidad del rodillo (m/s).
Expresamos en forma de ecuación la deformación
real a partir del espesor inicial y final del material de trabajo. Utilizamos
la deformación real para obtener el esfuerzo de fluencia promedio -Yf,
que se utiliza para obtener las estimaciones de fuerza y potencia de la
operación de laminado:
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-Yf = Ken / (1 + n)
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Para hallar ∈ (deformación real), utilizamos la siguiente expresión:
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e = ln(t0/tf)
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Existe un límite máximo para el «d» que puede alcanzarse en la operación
de laminado plano:
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dmax = m2 . R |
Donde: dmax =
diferencia máxima (mm); μ = coeficiente de fricción, que depende de algunos
factores como la lubricación, el material, la temperatura, etc y R = radio del
rodillo (mm).
La estimación de la
fuerza necesaria para la operación de laminado se obtiene de la ecuación:
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F = -Yf w L
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También podemos
estimar el momento de torsión para cada rodillo:
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T = 0.5 F L
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Para calcular la longitud de contacto, usamos la siguiente ecuación:
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L = √(R ( t0 -
tf))
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Y finalmente, para
obtener la potencia necesaria para realizar la operación de laminado, usamos
la ecuación:
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P = 2p N F L
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Donde P = potencia (W); N = velocidad de rotación (rev/min); F = fuerza de
laminado (N); L = longitud de contacto (m).
Vr – velocidad del rodillo.
Vo – Velocidad inicial.
Vf – Velocidad final.
q - Angulo de contacto
L – longitud de contacto.
R – radio del rodillo.
p – Presión del rodillo.
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