UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

Transcripción

1 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTA DE INGENIERIA MECÁNICA ESPECIALIDAD MECÁNICA ELÉCTRICA PROCESOS DE MANUFACTURA LAMINADO Alumno : LOMA CHAUPIN, Roberto PALPÁN GARAY, Ronald G. PEREZ CHOQUE, Leonardo ZAVALETA ALEMAN, Jorge Profesora : ZEGARRA RAMIREZ, Leonor Sección : E 2007-I

2 LAMINADO Es un proceso de deformación en el cual el espesor del material de trabajo se reduce mediante fuerzas de compresión ejercidas por dos rodillos opuestos. Los rodillos giran, para jalar el material de trabajo y a la vez apretarlo entre ellos. Además de la obvia deformación volumétrica, también se produce deformación en la estructura del material, lo que también indicará si el material se ha endurecido o no. Este proceso requiere equipo pesado llamados molinos laminadores o de laminación. Fig1. Cambio en la estructura de un metal FCC durante la deformación en frío, vista en microscopio óptico De la figura observamos que después de dicho proceso la estructura interna empieza a ser alargada. TIPOS DE LAMINADO. Laminado en caliente. La mayoría del laminado se realiza en caliente debido a la gran cantidad de deformación requerida. Los metales laminados en caliente están normalmente libre de esfuerzos residuales y sus propiedades son isotrópicas. Las desventajas en caliente son que el producto no puede mantenerse dentro de las tolerancias y la superficie presenta una capa de oxido característica. Fig.2 Laminado en caliente

3 La deformación plástica en caliente se realiza llevando el material a altas temperaturas. Estos procesos permiten la modificación de la estructura metalográfíca y el tamaño de grano. Laminado en frio. Fig.3 Proceso de laminado El laminado en frió hace mas resistente el metal y permite obtener tolerancias deseadas. Además la superficie del material está libre de incrustaciones u oxido. Por ello, los rollos, laminas, etc. Obtenidos en frió son ideales para el estampado de paneles exteriores y otros productos. Pasos de laminación. El trabajo empieza con un metal fundido y recién solidificado. Aun caliente, el lingote se coloca en un horno donde permanece varias horas, hasta alcanzar una temperatura uniforme en todo el cuerpo, para que pueda fluir normalmente durante el laminado. Para el acero la temperatura de laminación está alrededor de los 1200 C. Fig.4 Laminado del acero

4 Formas Intermedias. El lingote recalentado pasa al molino de laminación, donde se lamina para convertirlo en una formas intermedias, estas formas son luego laminadas para convertirlas en productos finales. Lupias. Tiene una sección transversal de 6pulg. o mayor. Las lupias se laminan para generar perfiles estructurales y rieles para ferrocarril. Tocho. Se lamina a partir de una lupia y es cuadrado con dimensiones de 1.5pulg. por lado o mayor. Los tochos se laminan para producir barras y varillas. Plancha. Se lamina a partir de un lingote o de una lupia y tiene una sección rectangular de 10pulgadas de ancho o mas, y un espesor de 1.5pulgadas o mas. Estas se laminan para convertirlas en placas, laminas y tiras. Las placas laminadas en caliente se usan para la construcción de otros productos. Laminado de Perfiles. En el laminado de perfiles, el material de trabajo se deforma para generar un contorno en la sección transversal. Los productos hechos por este proceso incluyen perfiles de construcción como vigas en I, en L y canales en U, vías de ferrocarril y barras redondas y cuadradas. Fig.5 Laminado de perfiles El proceso se realiza pasando el material de trabajo a través de rodillos que tienen impreso el reverso de la forma deseada. Los rodillos para este proceso son complicados, y el material inicial de forma cuadrada. Por la forma de los molinos, para evitar agrietamientos o torceduras se realiza lentamente y de manera gradual utilizando rodillos horizontales y verticales para lograr una reducción consistente del material de trabajo.

5 Molinos Laminadores El molino de laminación básico consiste en dos rodillos opuestos y se llaman molino de laminación de dos rodillos. Los rodillos en estos molinos tiene diámetros de 2 a 4.5pies, y los rodillos pueden ser o no reversibles. Teniendo lo siguiente: Molino no Reversible. Los rodillos giran siempre en la misma dirección y el trabajo siempre pasa a través del mismo lado. Molino Reversible. Permite la rotación de los rodillos en ambas direcciones, de manera que el trabajo puede pasar a través de cualquier dirección. Tipos de molinos Molino de dos rodillos. Fue el primero y el más simple pero su capacidad de producción tiende a ser baja debido al tiempo que se pierde al tener que regresar el metal al frente del tren o molino. Molino de tres rodillos. Tienes las ventajas de los molinos reversibles de dos rodillos. Estos molinos deben tener mesas elevables en ambos lados de los rodillos. La holgura en un molino de tres rodillos no puede ser ajustada entre pasadas, por ello deben cortarse ranuras o canales en la superficie del rodillo para lograr diferentes reducciones. Fig.6 Tipos de molinos Los tres tipos de molinos de laminación, tienen la desventaja de que

6 todas las etapas del laminado son efectuadas en la misma superficie del rodillo y la calidad de la superficie del producto tiende a ser baja. Los cambios de rodillo en estos molinos son relativamente frecuentes y requieren de tiempo. Es por ello que este tipo de molinos se usa para el laminado primario, donde se requiere un rápido cambio de forma, aun a expensas de la calidad de la superficie. Otras operaciones de laminado. Laminado de anillos. Es un proceso de deformación que lamina las paredes gruesas de un anillo para obtener anillos de paredes delgadas, pero de un diámetro mayor. Fig.7 Laminado de anillos Conforme el anillo de paredes gruesas se comprime, el material se alarga, haciendo que el diámetro del anillo se agrande. Este proceso se aplica en caliente para anillos grandes y en frió para anillos pequeños. Laminado de cuerdas. El laminado de cuerdas se usa para formar cuerdas en partes cilíndricas mediante su laminación entre do dados. Es el proceso comercial más importante pues permite obtener pernos, tornillos, etc. Las velocidades de producción pueden ser muy altas, por lo cual es un proceso rápido; algunas otras ventajas son la buena utilización del material, cuerdas fuertes por el endurecimiento por trabajo, superficies lisas, mejor resistencia a la fatiga por los esfuerzos de compresión que se introducen durante el laminado. Laminado de engranajes. Proceso en frío que produce ciertos engranes, y es similar al laminado de cuerdas. El laminado de engranes también posee una alta velocidad de producción, buena resistencia a la fatiga y menos desperdicio de material.

7 Fig.7 Laminado de engranajes Proceso de laminado Objetivo. Determinar las diferentes deformaciones del material así como la variación de dureza. Determinar las cargas de laminación y la potencia requerida. Materiales y equipos a utilizar. Platinas o perfiles de diferentes materiales Rayador Regla Vernier Durómetro. Procedimiento 1. Se procede a tomar la dureza inicial de los diferentes materiales 2. Se cuadrícula 3. Se procede a laminar y cada 20% de reducción se mide la deformación y se corta una probeta para medir la dureza. 4. Se repite el procedimiento anterior hasta llegar al espesor mínimo. Resultados obtenidos para el Cobre Laminad Espesor Cuadrícula superficial o (mm) (mm) Dureza(HRB- 150kg)

8 , Tabla 01 Diámetro del rodillo (cm) Coeficiente de fricción(asumido) 0.15 Tabla 02 Cuestionario 1. Determinar la reducción de espesor máxima (draf). Sabemos que la reducción de espesor máxima está dada por: Donde R: Radio del rodillo : Para trabajos en frio entre 0.1 a 0.2 De la tabla 02 obtenemos cm 2. Determinar la longitud de contacto en el laminado. La longitud de contacto de laminado será: en la cual Laminado Lp(cm) 1 1, , , , , , , Determinar la deformación real. En los diferentes materiales.

9 La deformación real estará dada por la siguiente ecuación: Donde Laminado 1 0, , , , , , , Determinar la fuerza del rodillo. En los diferentes materiales. La fuerza del rodillo estará dada por: Donde: Además Donde: Deformación real k: Coeficiente de resistencia del material n: Exponente de endurecimiento Primera pasada

10 5. Determine la distribución de presiones sobre el cilindro. P Lc Lcp a a=lcp/2 R 6. Determine la posición teórica del punto de no deslizamiento en los diferentes materiales. Vs Vt Como el deslizamiento es S =, para el punto de no Vt Vs Vt deslizamiento 0 = Vs = Vt, por lo tanto el punto de no Vt deslizamiento vendría a estar ubicado en un punto tangente al rodillo, pues la velocidad del rodillo y la velocidad de salida deben de ser iguales. 7. Determine la carga de laminación teórica. La carga de laminación es igual a la fuerza aplicada por el rodillo. 8. Determine la potencia teórica para realizar el proceso para cada material. 9. Determine la potencia utilizada para cada material. Sabemos que la potencia esta dada por: Donde: P : Potencia de laminado

11 N : Velocidad de rotación F : Fuerza de laminado Longitud de contacto 10.Indique como influye el material para determinar la fuerza y la potencia de laminación. El material influye significativamente en el cálculo de la fuerza y la potencia. Para empezar la potencia esta en función de la fuerza, la cual a su vez es función del esfuerzo de fluencia promedio del material, por lo que utilizando la misma maquina y diferentes materiales se obtienen fuerzas y potencias diferentes. 11.Indica que factores contribuyen a la extensión en el laminado plano. Unos de los factores que influyen a la extensión del laminado son las fuerzas de fricción que hay en el material al laminar y entre los rodillos ya que estas se encargan de frenar el paso del material. Otro factor y muy importante también es la fuerza de compresión de cada uno de los rodillos que ejercen sobre la plancha, lupia o tocho. 12.Explique los tipos de deflexión que sufren los rodillos en los diferentes materiales Existen dos tipos de deflexión que sufren los rodillos. Una es debido a las altas fuerzas, los rodillos están expuestos a altas presiones debido a que el área de contacto es pequeña comparado con dicha fuerza sobre todo cuando se trata de laminar una plancha muy delgada y endurecida. Esto ocasiona desviaciones elásticas con el paso de la laminación por lo que es necesario un diámetro más grande (lo cual no sale a cuenta debido a que seria excesiva la potencia) o un respaldo de otro rodillo de mayor diámetro. La otra es que la herramienta en el laminado comprime todo el molino rodillo y carcasa que tiene dimensiones medibles en metros. Esta combinación puede resultar en grandes deformaciones debidas a la deformación elástica dividida entre la extensión del bastidor del molino (resorte del molino), y el aplastamiento y flexionamiento de los rodillos. 13.Indique si existen defectos(estructurales y superficiales)

12 No se apreciaron defectos en gran parte del laminado, salvo cuando ya nos encontrábamos por el espesor alrededor de 1mm a 0.2 mm cuando comenzaron a aparecer grietas en los materiales, primero en el aluminio y después en el plomo. Estos defectos se obtuvieron debido a que pasamos el limite de estabilidad del material, si se hubiera practicado un recocido hubiésemos podido obtener espesores mas pequeños. 14.De que manera afecta la aplicación de las tensiones a la practica del laminado plano. Al aplicar tensiones, estas pueden originar que los granos del material no se ordenen como debe ser, lo cual alterarían las propiedades de nuestro material laminado, pudiéndose ocasionar también adelgazamientos imprevistos a lo largo del material. 15.Indique Ud. como influye la laminación en frío, en la inducción de endurecimiento. En los diferentes materiales. Durante el laminado los granos adquieren cierta disposición debido a los esfuerzos que se realizan en el material, pero además de eso el material sufre una transformación a nivel molecular y hace que el material incremente su dureza al incrementar su acritud. La cual poco a poco el material se va endurecimiento debido a que los granos del material se van acomodando en una sola dirección, ésta es a lo largo de su alargamiento. 16.Indique Ud. como varía la estructura molecular durante el laminado. Durante el laminado los granos adquieren una dirección, esta dirección está dirigida hacia la dirección de la fuerza de tracción a la que esta siendo sometida.