Laminacion

LAMINACIÓN

La laminación o laminado es un proceso de conformación plástica en el que el metal fluye de modo continuo y en una dirección preferente, mediante fuerzas de compresión.

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Laminado

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.

Laminado plano con recalentamiento previo:

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»:

Dónde: d = diferencia (mm); t0 = espesor inicial (mm); tf = espesor final (mm).

En ocasiones, la diferencia se expresa en relación al espesor inicial como la «reducción»:

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:

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:

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: ,tiene una velocidad superficial: ésta velocidad es menor que: y mayor que:

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»:

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 , que se utiliza para obtener las estimaciones de fuerza y potencia de la operación de laminado:

Esquema que muestra los rodillos de laminación.

Para hallar ∈ (deformación real), utilizamos la siguiente expresión:

Existe un límite máximo para el «d» que puede alcanzarse en la operación de laminado plano:

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:

También podemos estimar el momento de torsión para cada rodillo:

Para calcular la longitud de contacto, usamos la siguiente ecuación:

Y finalmente, para obtener la potencia necesaria para realizar la operación de laminado, usamos la ecuación:

Donde P = potencia (W); N = velocidad de rotación (rev/min); F = fuerza de laminado (N); L = longitud de contacto (m).

Como reducir la fuerza de laminación

Estas fuerzas pueden llegar a causar aplastamiento de los rodillos y deflexión que afectan de forma negativa al proceso de laminado. Además el tren de laminación (carcasa, cuñas y rodamientos) puede estirarse debido a estas fuerzas de forma que el hueco de laminación se abra significativamente. En consecuencia los rodillos deben de ajustarse más cerca de lo que se ha calculado así compensará esta deflexión y se obtendrá el espesor deseado.

Procedimientos para reducir fuerzas de laminación.

• a) Reducir la fricción.

• b) Reducir el área de contacto reduciendo el diámetro de los rodillos.

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