A laminação de metais é um dos processos de fabricação mais importantes do mundo moderno. A grande maioria de todos os produtos de metal produzidos hoje está sujeita a laminação de metais em um ponto de sua fabricação. O laminação de metais geralmente é o primeiro passo na criação de formas de metal bruto. O lingote ou lingotamento contínuo é laminado a quente em uma flor ou laje, essas são as estruturas básicas para a criação de uma ampla variedade de formas fabricadas. As flores geralmente têm uma seção transversal quadrada maior que 6x6 polegadas. As lajes são retangulares e geralmente têm mais de 10 polegadas de largura e mais de 1,5 polegadas de espessura. O enrolamento costuma ser realizado a quente (particularmente no caso da conversão de um lingote ou lingotamento contínuo).

Em um laminador, as florações e as lajes são posteriormente roladas para peças intermediárias, como chapas, folhas, tiras, bobinas, tarugos, barras e hastes. Muitos desses produtos serão o material de partida para operações de fabricação subseqüentes, como forjamento, trabalho de chapas metálicas, trefilação, extrusão e usinagem. Muitas vezes, as flores são roladas diretamente nas vigas I, H, vigas de canal e seções T para aplicações estruturais. A barra laminada, de várias formas e seções transversais especiais, é usada na indústria de construção de máquinas e também na construção. Os trilhos, para a produção de ferrovias, são rolados diretamente a partir de florações. Placas e chapas são laminadas a partir de lajes e são extremamente importantes na produção de uma ampla gama de itens fabricados. As placas são geralmente consideradas com mais de 1/4 ", (6mm) de espessura. As placas são usadas em aplicações pesadas, como caldeiras, pontes, embarcações nucleares, grandes máquinas, tanques e navios. O Sheet é usado para a produção de carrocerias, ônibus, vagões de trem, fuselagens de aviões, geladeiras, lavadoras, secadoras, outros eletrodomésticos, equipamentos de escritório, contêineres e latas de bebidas, para citar alguns. É importante entender o significado da laminação de metais na indústria hoje, bem como sua integração com outros processos de fabricação.

Princípios de laminação de metais

A maioria das operações de laminação de metais é semelhante, pois o material de trabalho é deformado plasticamente por forças de compressão entre dois rolos de rotação constante. Essas forças atuam para reduzir a espessura do metal e afetar sua estrutura de grãos. A redução na espessura pode ser medida pela diferença de espessura antes e depois da redução, esse valor é chamado de rascunho. Além de reduzir a espessura do trabalho, os rolos também atuam para alimentar o material à medida que giram em direções opostas. O atrito é, portanto, uma parte necessária da operação de laminação, mas o atrito em excesso pode ser prejudicial por várias razões. É essencial que, em um processo de laminação de metal, o nível de atrito entre os rolos e o material de trabalho seja controlado, os lubrificantes possam ajudar com isso. Uma operação básica de laminação plana é mostrada na figura: 130, esse processo de fabricação está sendo usado para reduzir a espessura de uma peça de trabalho.

Durante uma operação de laminação de metal, a forma geométrica do trabalho é alterada, mas seu volume permanece essencialmente o mesmo. A zona do rolo é a área sobre a qual os rolos atuam no material; é aqui que ocorre a deformação plástica do trabalho. Um fator importante no rolamento de metal é que, devido à conservação do volume do material com a redução da espessura, o metal que sai da zona de rolagem se move mais rápido do que o metal que entra na zona de rolagem. Os próprios rolos giram a uma velocidade constante, portanto, em algum ponto da zona do rolo, a velocidade da superfície dos rolos e a do material são exatamente iguais. Isso é chamado de ponto de escorregamento . Antes deste ponto, os rolos estão se movendo mais rápido que o material, depois desse ponto o material está se movendo mais rápido que os rolos.

Às vezes, na prática de laminação de metal, a tensão (força) é aplicada a uma peça de trabalho enquanto está sendo laminada. Essa tensão pode ser aplicada na frente (tensão frontal), nas costas (tensão nas costas) ou em ambos os lados. Essa técnica ajudará as forças necessárias para formar o trabalho e é geralmente usada em materiais difíceis de rolar.

Espalhando no rolamento do metal

Nas operações de laminação de metais, a deformação plástica que causa uma redução na espessura também causará um aumento na largura da peça, isso é chamado de espalhamento .

Quando o trabalho que está sendo processado possui uma alta relação largura / espessura, o aumento na largura é relativamente pequeno e geralmente não é motivo de preocupação na prática de fabricação industrial. Em casos de proporções de largura e espessura baixas, como uma barra com seção transversal quadrada, a dispersão pode ser um problema. Rolos verticais podem ser empregados para bordar o trabalho e manter uma largura constante.

Estrutura de grãos em laminagem de metal

Na indústria de fabricação industrial comum, o lingote ou lingotamento contínuo é laminado a quente em uma flor ou laje. Além de produzir uma forma útil para processamento adicional, o processo de laminação a quente converte a estrutura de grãos fundidos em uma estrutura de grãos trabalhados. O material fundido inicial possuirá uma estrutura de grãos não uniforme, tipicamente grãos colunares grandes que crescem na direção da solidificação. Essas estruturas são geralmente quebradiças, com limites fracos de grãos. A estrutura fundida contém caracteristicamente muitos defeitos, como porosidade causada por gases, cavidades de retração e inclusões sólidas de material estranho que fica preso no metal, como óxidos metálicos.

Rolar um metal acima da temperatura de recristalização quebra a estrutura de grãos antiga e reforma uma nova. Os limites dos grãos são destruídos e novos mais difíceis são formados, juntamente com uma estrutura de grãos mais uniforme. O rolamento de metal empurra o material, fechando vagas e cavidades dentro do metal. Além disso, a laminação a quente quebra inclusões e distribui seu material ao longo do trabalho.

Deveria ser aparente que as vantagens da formação de metal não estão apenas na criação de formas geométricas úteis, mas também na criação das propriedades desejadas do material. Os processos de laminação a frio, conforme discutido anteriormente, são úteis para conferir resistência e orientação favorável dos grãos. Como o rolamento de metal afeta a orientação dos grãos, uma peça pode ser enrolada de forma a criar grãos orientados em uma direção que forneça força direcional a uma peça útil para a aplicação específica dessa peça. Um exemplo disso pode ser a diferença na estrutura de grãos entre as roscas de um parafuso usinado e um parafuso laminado. A orientação favorável dos grãos do parafuso laminado a frio proporcionará resistência direcional benéfica para sua aplicação.

Rolls For Metal Rolling

A fabricação de laminados metálicos pode produzir uma ampla gama de produtos diferentes. A largura do trabalho laminado pode ser de vários metros ou mais estreita que um milésimo de polegada. A fabricação de laminados metálicos também cria trabalhos laminados em uma ampla variedade de espessuras. As chapas de metal para algumas caldeiras podem ser laminadas com uma espessura de 30 cm, enquanto as folhas para embrulhar cigarros e doces podem ter 0,0003 cm de espessura. Os rolos utilizados na laminação de metais são de vários tamanhos e geometrias. Nos processos de laminação plana, durante a fabricação industrial, os rolos podem ter tipicamente 24 a 54 polegadas de diâmetro. Em algumas operações de laminação de metais, na formação de trabalhos muito finos, os rolos podem ser tão pequenos quanto 1/4 de polegada.

Os rolos estão sujeitos a condições operacionais extremas durante o processo de laminação de metais. As condições incluem forças tremendas, momentos fletores, tensões térmicas e desgaste. Os materiais em rolo são selecionados por resistência, rigidez e resistência ao desgaste. Os materiais em rolo variam dependendo do processo específico de laminação de metais. Os materiais de rolo comuns são ferro fundido, aço fundido e aço forjado. Os rolos forjados são mais fortes e mais rígidos que os rolos fundidos, mas são mais difíceis de fabricar. Nos processos industriais de fabricação de metais, os rolos são geralmente feitos de aço níquel ou ligas de aço molibdênio. Com operações de laminação de metais de certos materiais, os rolos feitos de carboneto de tungstênio podem fornecer extrema resistência à deflexão.

Deflexões do rolo

Resistência e rigidez são características importantes dos rolos utilizados para formar produtos na fabricação de laminados metálicos. Os atributos particulares dos rolos afetarão a precisão dimensional, bem como outros fatores na operação. Durante o processo de rolagem, grandes forças atuam sobre os roletes. Os rolos estarão sujeitos a diferentes graus de deflexão. Em qualquer processo de laminação de metal específico, é importante entender como essas deflexões afetarão os rolos e, portanto, o trabalho que está sendo laminado. Os rolos começam inicialmente planos. Durante uma operação básica de laminação plana, pode-se observar que o material de trabalho exercerá maior força nos rolos em direção ao centro do material do que nas bordas. Isso fará com que os rolos desviem mais no centro e, portanto, confere ao trabalho uma espessura maior no meio.

Para resolver esse problema na manufatura industrial de laminação de metais, os rolos geralmente são retificados, de modo a serem mais espessos em direção ao centro, de maneira a compensar exatamente a deflexão que ocorrerá durante o processo. Essa espessura extra é chamada de curvatura .

A curvatura que deve ser retificada em um rolo é muito específica para uma largura de trabalho, material e carga de força específica. Um rolo geralmente deve ser fabricado para apenas um processo de laminação de metal. Em alguns processos industriais de laminação de metais, os rolos recebem curvatura temporária aplicando forças através de seus rolamentos. Outra maneira de desviar os rolos é pelo encurtamento do raio ao longo do contato da obra. Em outras palavras, eles achatam como um pneu no carro. É importante considerar esse tipo de deflexão na prática de fabricação, pois afetará os cálculos do raio do rolo e o atrito.

Defeitos na laminação de metais

Uma grande variedade de defeitos é possível na fabricação de laminados metálicos. Defeitos de superfície geralmente ocorrem devido a impurezas no material, incrustações, ferrugem ou sujeira. A preparação adequada da superfície antes da operação de laminação de metal pode ajudar a evitá-los. Os defeitos internos mais graves são causados ​​pela distribuição inadequada do material no produto final. Defeitos como trincas nas bordas, trincas no centro e bordas onduladas são comuns a este método de fabricação de metais.

Muitas vezes, uma folha não está com defeito, apenas não é plana o suficiente. Na prática industrial de chapas metálicas, uma chapa pode ser passada através de uma série de rolos de nivelamento que flexionam a chapa em direções opostas para achatá-la. Outro defeito interessante que pode ocorrer no rolamento plano é o jacaré, onde o trabalho que está sendo executado se divide em dois durante o processo. As duas partes do material de trabalho viajam em direções opostas em relação aos seus respectivos rolos.

Na fabricação de laminação de formas, uma peça de trabalho geralmente experimenta diferentes quantidades de redução em diferentes áreas de sua seção transversal. Um dos objetivos do projeto de passe com rolo é projetar adequadamente uma série de reduções de forma a mitigar as diferenças relativas na mudança de forma entre as áreas, a fim de evitar defeitos de material. Reduções inadequadas do produto podem causar deformações ou rachaduras no material. A prática de laminação de metal nem sempre é a causa de deformações ou rachaduras; às vezes, os defeitos no metal sendo laminado podem ser a razão.

Moinhos de laminação

Na indústria de moldagem de metal, os rolos em si não funcionam isoladamente. Em um processo de laminação de metal, rolos, suportes, rolamentos, carcaça, motores e outros equipamentos mecânicos são todos uma parte necessária da operação de fabricação. O local em que todo o equipamento para a fabricação de laminados metálicos é instalado é chamado de laminador. Os laminadores geralmente variam em tipo, número e posição dos rolos. Os arranjos de laminadores comumente usados ​​na indústria de fabricação atualmente incluem os dois moinhos de alta , os dois de alta reversão , os três de alta , os quatro de alta , a de cluster e o de tandem .

Nos dois moinhos de alta reversão, a direção de rotação dos rolos pode ser invertida. Isso permite que o trabalho viaje em uma direção e depois na outra direção. Uma série de reduções pode ser feita usando o mesmo conjunto de rolos, passando o trabalho para frente e para trás. As desvantagens dos dois moinhos de alta reversão incluem os requisitos mecânicos e a potência necessária para superar e reverter constantemente o momento angular dos rolos.

Os três laminadores altos utilizam o princípio de repassar o trabalho para frente e para trás para obter uma série de reduções. Ao contrário dos dois moinhos de alta reversão, os três moinhos de alta têm três rolos que sempre giram na mesma direção. Um mecanismo de elevador levanta e abaixa o trabalho para que possa ser passado pelos rolos.

Sabe-se, na prática de laminação de metais, que a quantidade de força do rolo é reduzida com um raio menor dos rolos. Rolos de raio menores, no entanto, desviam-se mais facilmente e devem ser suportados por outros rolos. O quatro alto moinho usa esse princípio com dois rolos de trabalho menores, cada um suportado por um rolo de apoio maior.

A fábrica de cluster, ou fábrica de Sendzimir, usa um pequeno rolo de trabalho com o apoio de muitos outros rolos. Essa configuração extremamente rígida é frequentemente usada para laminar material de alta resistência a uma largura muito fina.

O laminador em tandem consiste em vários suportes, pelos quais o material de trabalho passa constantemente. Em cada suporte, a espessura da tira de trabalho é reduzida em uma certa quantidade. A redução total entre o primeiro e o último estande pode ser significativa. Existem problemas técnicos associados ao rolamento em tandem, causados ​​principalmente pelo fato de a velocidade do material de trabalho aumentar à medida que passa por cada suporte. Na prática de fabricação, vários sistemas de controle são usados ​​para manter toda a operação sincronizada. Uma vez superados os problemas técnicos específicos e o investimento em configuração inicial, a laminação em tandem pode oferecer uma grande vantagem no custo e na produtividade de um processo industrial de laminação de metais. O rolamento em tandem pode ser ainda mais vantajoso quando integrado à fundição contínua.

Fonte: thelibraryofmanufacturing