Apunte de Laminación

8/10/2019 Apunte de Laminacin

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TIPOS DE LAMINADORES

La laminacin es un mecanismo para transformar la forma de un material de formapermanente mediante la aplicacin de un esfuerzo de compresin realizado por mediode un par de cilindros( Fig.1)

Laminador do

En un nico pase de laminacin la mxima deformacin que se logra es del orden de]20%.Por ello para alcanzar las cantidades comunes de 50 a 80% de deformacin esnecesario sucesivas laminaciones. Esto se logra pasando el material diversas vecespor un par de cilindros (generalmente reversibles) disminuyendo despus de cadapase la distancia entre los cilindros. En ese caso ser un "Laminador Do"

Figura 1

Los sistemas de ese tipo tienen el inconveniente de que, por el efecto de apretar sobrelos extremos del cilindro, por mas rgido que el mismo sea, se produce una flexin, queexageradamente es como muestra la figura 2.

Esa deformacin del cilindro hace que el material laminado se deforme mas en losbordes ondulndose y produciendo un producto poco plano se si se trata de una chapa


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Laminador Trio

Otro tipo de laminador es el denominado Tro en donde se gana uno de los cilindros yel material es desplazado para un u otro par a travs de una plataforma Mobil.

Figura 4

En estos laminadores el material pasa primero por un par de cilindros hacia uno de loslados( a la derecha en la figura) y despus se baja el material y se lo pasa en elsentido contrario por el otro par de cilindros

Este tipo de laminadores se usan para pequeas piezas y pequeas producciones(perfilara de aluminio o pequeos perfiles para la construccin)

Ms adelante, cuando veamos las teoras de laminacin veremos la importancia deusar pequeos dimetros de cilindros, pequeas cargas de laminacin y bajasreducciones cuando se desean lograr superficies perfecta-mente planas.

Para lograr estas premisas se desarrollaron dos tipos de laminadores, el "Sendzimir" yel "planetario".

Figura 5

En el laminador Sendzimir se busca evitar la flexin de los cilindros apoyando los detrabajo sobre otros dos que a su vez se apoyan en otros tres y estos a su vez puedenestar apoyados en otros cuatro.


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Laminacin en Tandem

Para lograr mayor eficiencia de laminacin, evitando tener que modificar las distanciasentre cilindros en cada pase. se pueden instalar un conjunto de pares de cilindros unoa continuacin del otro de forma a que suma de estos pases se logre la reduccindeseada. Estos tipos de laminadores se denominan "Laminadores Continuos" o "EnTandem"

Figura 7 Laminador en tandem

Jaula de Laminacin

Al montaje de un par de cilindros sobre su equipamiento se le denomina jaula y a untren continuo se le dice de 4, 5 o seis jaulas dependiendo del nmero de pares decilindros con que cuenta.

Figura 8- Jaula de Laminacin


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Se puede observar un detalle en la figura 5 que, los bordes del material siendolaminado coinciden con los extremos de los cilindros intermedios. Esta sera la

posicin normal de laminacin, pero el movimiento axial de estos cilindros permiteregular la rigidez de la flexin de los cilindros de trabajo de tal forma que se puedancorregir los desniveles de forma que traiga el material, logrando la plenitud deseada.Estos laminadores adems de mejorar la forma de la chapa laminada, permitenmayores reducciones que las logradas en cilindros cuadruos al poder efectuarmayores presiones sin que se deformen los cilindros de trabajo.

TEORIA DE LAMINACION

Arco de contacto

Se denomina "Arco de Contacto" al sector del cilindro de laminacin comprendidoentre el primer punto de contacto del material (Punto de Entra da A) y el Punto deSalida del material "C".

Figura 9

La longitud del arco de contacto es AC. Pero como el radio de los cilindros es muchomayor que el espesor del material a laminar, se puede suponer que AC = L.

Como en la figura estas medidas estn amplificadas para poder dibujar los sectoresque nos interesan. para que el alumno tenga una idea de que valores estamoshablando, una chapa laminada en fro con espesores de entrada entre 2 y 5 mm y desalida entre 0,2 y 3 mm, utiliza para su deformacin cilindros de alrededor 1.366 min(un metro) de dimetro).De la figura podemos obtener que:


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Angulo de contacto

Por lo tanto

Deformacin en la Laminacin

La deformacin en un puntocualquiera A del arco de contacto porcompresin segn la forma

convencional es:


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Es fcil demostrar que en el punto A el espesor de la chapa ser:

h= hf+ D ( 1-cos )

Por lo tanto

Esfuerzos de Laminacin- Carga Terica

La carga terica por compresin puede ser calculada por la expresin:

En donde A es la superficie del arco de contacto y S la tensin de fluencia media porcompresin.

De las teoras de plasticidad se puede demostrar que la carga de fluencia porcompresin es aproximadamente un 15% mayor que la carga por traccin. O sea queS = 1,15 Y en donde Y es la tensin de fluencia que se obtiene del ensayo de traccinconvencional.Si llamamos W al ancho de la chapa el rea de contacto ser :

Y por lo tanto :


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Esa frmula de clculo de esfuerzos de laminacin es apenas terica y nos servirpara entender algunos comportamientos del material durante la laminacin. Existen

clculos ms completos que tienen en cuenta una serie de otras variables como porejemplo el efecto de la friccin. De cualquier forma para nuestro caso podemosincorporar a la formula anterior el efecto de la friccin segn la teora de Orowan quedice debera acrecentarse un 20 % a ese valor para llegar a la carga real. De esaforma l a carga de laminacin quedarla expresada por:

Punto NeutroLa primera suposicin que se hace es que no existe en la laminacin deformacionesen la direccin del ancho de la chapa. Por lo tanto toda la reduccin de espesor tienquer observada en aumento del largo. Como ademas se sabe que el volumen esconstante ser:

Por lo tanto, como la velocidad del cilindro es constante y al ser Vf habr un solopunto dentro del arco de contacto en donde la velocidad del cilindro sea igual a la delmaterial. A ese punto se lo denomina "punto Neutro" o "Punto de no Deslizamiento"


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Condicin de mordida

En el momento que una chapa entra encontacto con los cilindros la misma precisaser agarrada o "Mordida" para que seintroduzca y avance. Analicemos como seraesa mordida en funcin de las fuerzasactuantes en ese instante.

Figura 12

Si analizamos la figura, existe en el primer punto de contacto dos fuerzas principales,la normal "N" a la superficie del cilindro y la fuerza tangente al mismo.resultante de esas dos fuerzas ser una fuerza F que a su vez puede serdescompuesta en una horizontal Fx y en una vertical Fy . Para que la chapa seaarrastrada deber ser Fx mayor a cero.

Podemos observar que si aumentamos la reduccin, aumentar y por lo tanto senecesitar mayor coeficiente para morder la chapa.Para aumentar la friccin se aumenta la rugosidad de la chapa. Pero si aumentomucho la rugosidad aumentara la tensin de rozamiento y con ello la colina de roce y

la carga total de laminacin y esto puede afectar la forma del material ya que lascargas de laminacin se aplican sobre los ejes terminales de los cilindros.


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Normalmente se utiliza una mayor reduccin en los primeros pases y luego vadisminuyendo l a misma para mejorar la forma del material.

La cantidad de variables que influyen sobre la laminacin es tan grande que cada dason desarrollados nuevos modelos y programas por computadoras que controlan losprocesos con todas esas variables.

Las variables mas comnmente tenidas en cuenta son:

1) El limite de fluencia de! materialCuanto mayor es la f mayor es la carga P de laminacin.Si la carga de laminacin es muy alta se consume mucha energa duranteproceso encarecindolo. Adems a mayor carga menor planicidad en la laminacion.

2.- V e l o c i d a d d e d e f o r m a c i n .

A mayor velocidad mayor carga de laminacin. Adems ser mayor la temperaturadesarrollada durante la deformacin, perjudicando las condiciones de lubricacin y conello aumentando las fuerzas de rozamiento.

3.- Porcentaje de reduccinSi aumenta la reduccin, aumenta Ah y con ello la fuerza P de laminacin

4.- Espesor de entrada.Es ms difcil laminar materiales finos. A menor ho mayor carga P.

5.- Dimetro de los cilindrosA mayor R por la formula de carga ser el valor de P

6.- Coeficiente de friccinA mayor coeficiente mayor la carga P de laminacin

7.- Tensiones de avance y retroceso

Ahora veamos que pasa si de alguna forma tiramos del material a la salidaaumentando la aceleracin. Veremos que entonces aumentar la velocidad relativa delmaterial respecto al cilindro y por tanto el Punto neutro se desplazar hacia laizquierda( Fig.13). Y al desplazar el punto neutro vemos que disminuye la carga delaminacin.


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Figura 13

Si en cambio tiramos hacia atrs (Tensin de retroceso), el punto neutro se va adesplazar hacia la derecha ya que se va a retardar la velocidad del material respecto al

cilindro pero disminuyendo igualmente el esfuerzo para laminar el material(Fig.14)

Figura 14

Y finalmente si aplicamos durante la laminacin una carga de avance y otra deretroceso habremos logrado un mecanismo para disminuir sensiblemente la fuerza delaminacin( Fig 15)

Figura 15


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Lo que en esos tems parece obvio no es tan fcil de lograr. Por ejemplo, nopuedo reducir infinitamente el rozamiento entre ambos materiales, por que si no hay un

roce mnimo no hay mordida segn vimos anteriormente que para que el cilindro tomeel material haba que tener un rozamiento mayor a la tangente del Angulo de ataque.

Tampoco puedo disminuir demasiado el radio de los cilindros por que a menor radiotambin mayor posibilidad de flexin, y adems disminuye el Angulo de ataque y conello disminuye el Angulo y por tanto necesito ms rugosidad, con lo que loscompromisos se cruzan.

Y de cualquier manera esa formula mencionada anteriormente para el clculo delesfuerzo de laminacin es una simplificacin muy grande de la real formula delaminacin que lleva una serie de otros parmetros como ser la rigidez del laminador,

las variables de lubricacin, temperaturas desarrolladas, etc.

Fuera de esas 8 variables principales, otras varias son tomadas enCuenta al momento de programar los modelos de laminacin. El las son:

9) El aplastamiento de los cilindros.10) La velocidad de deformacin del material (que no es lo mismo que la velocidad delos cilindros).11) El sistema de apoyo de l os cilindros.12) Condiciones metalrgicas y superficiales del material antes de ser procesado.

13) Tipo de lubricante y modelo de aplicacin14) Rigidez de las jaulas de laminacin.

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