aula 3 laminacao 14 marco 2016 [salvo automaticamente]

8/18/2019 Aula 3 Laminacao 14 Marco 2016 [Salvo Automaticamente]

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5º CICLO (ENG. MEC. E PROD.)Prof. André Inácio

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Fabricação Mecânica Aula 3 - Laminação


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Laminação


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• A laminação é um processo de conformação

mecânica pelo qual um lingote de metal éforçado a passar por entre dois cilindros quegiram em sentidos opostos, com a mesmavelocidade, distanciados entre si a uma distância

menor que o valor da espessura da peça a ser deformada.

O que é?


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Qual a aplicação na engenharia ??


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Histórico

• Os primórdios da laminação são bastante antigos: a mais antigailustração de um laminador é uma gravura de Leonardo da Vinci, em

torno de 1486, o qual se destinava, provavelmente, à laminação a frio debarras chatas de ouro ou prata para a cunhagem de moedas.

• A deformação plástica é provocada pela pressão dos cilindros sobre omaterial; Leonardo da Vinci projetou um dos primeiros laminadores em1486, mas é pouco provável que seu projeto tenha sido executado. Por

volta de 1600, a laminação do chumbo e do estanho era realizada àtemperatura ambiente, por meio de laminadores operados manualmente.


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Na Europa ocidental, nos princípio do século XVIII, surgiu o processode laminação a quente do ferro, transformando barras em chapas. Antes

disso, os únicos laminadores existentes eram utilizados para operaçõesde corte, em que pares de cilindros opostos dotados de discos cortantes(colarinhos) cortavam o ferro em tiras estreitas para a fabricação depregos e produtos similares. Não havia, naquele processo, a pretensãode reduzir a espessura do metal.

A laminação é um processo que requer uma potente fonte de energia. Até o século XVIII essa energia provinha de moinhos d’água. O adventodas máquinas a vapor, durante a revolução industrial, foi o principalresponsável pelo aumento da capacidade dos laminadores até que, apartir de 1900, essas máquinas foram substituídas por motores elétricos,largamente empregados nos tempos atuais. Na laminação os produtossemiacabados são transformados em produtos acabados que devematender as especificações estabelecidas em termos de propriedadesmecânicas, forma, dimensões, dentre outros critérios.


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As diferenças entre a espessura inicial e a final, da largura inicial e finale do comprimento inicial e final, chamam-se respectivamente: redução

total, alargamento total e alongamento total e podem ser expressas por :

Nas condições normais, o resultado principal da redução deespessura do metal é o seu alongamento, visto que o seualargamento é relativamente pequeno e pode ser desprezado.


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A laminação pode ser a quente ou a frio. Pelo fato destas operações

com frequência serem as últimas e podem alterar a microestrutura doaço, elas devem ser projetadas de modo a permitir que amicroestrutura desejada. Desta forma, as operações de acabamentoenvolvem tratamentos térmicos, tais como: esferoidização,normalização, e recozimento, ou tratamentos superficiais, como:galvanização, estanhamento, cementação, usinagem tempera etc.

Durante a laminação, raramente passa-se o material somente uma vezentre os cilindros ou rolos de laminação, pois, a redução de áreaalmejada não pode ser conseguida em um só passe. Deste modo, oequipamento de laminação deve ser capaz de submeter o material a

uma seqüência de passes.


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Quando este equipamento consiste em somente um conjunto de

cilindros, isto pode ser conseguido de duas formas: ou variando-se a distância entre os cilindros de trabalho, laminadoresreguláveis durante a operação, ou mantendo-se esta distânciafixa, laminadores fixos durante a operação, e variando-se odiâmetro do cilindro ao longo do seu comprimento, o que equivale

a variar a abertura entre os cilindros. Neste último caso, a peça aser trabalhada deverá ser deslocada ao longo dos cilindros paracada passe sucessivo.

Uma outra forma de realizar passes com diferentes reduções,seria a colocação de laminadores em linha, com uma distânciapré-determinada entre eles, de modo que trabalhassem o materialsucessivamente e em alguns casos simultaneamente.


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Ao passar entre os cilindros, a força de atrito entre a peça e os cilindrospromove uma deformação plástica, na qual a espessura é diminuída e alargura e o comprimento são aumentados. A laminação é um dos

processos de conformação mais utilizados na prática. Tal fato aconteceporque este processo apresenta uma alta produtividade e um controledimensional do produto acabado que pode ser bastante preciso.

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Na laminação é possível obter-se tanto produtos acabados, comochapas, barras e perfis, como produtos semi-acabados, tais como

placas. O processo de laminação pode ser feito a frio ou a quente.Normalmente, a laminação a quente é usada para as operações dedesbaste e a laminação a frio, para as operações de acabamento.Geralmente, utiliza-se um ou dois conjuntos de cilindros para alaminação aquente, de modo que o lingote ou o esboço passa várias

vezes entre os mesmos cilindros

As últimas etapas da laminação a quente e a maior parte da laminaçãoa frio são efetuadas comumente em múltiplos conjuntos de cilindrosdenominados trens de laminação.

As matérias-primas iniciais para laminação são constituídasgeralmente por lingotes fundidos; blocos, tarugos ou placas dolingotamento contínuo ou mais raramente placas eletro depositadas.

Ainda é possível a laminação diretamente do pó, através de umprocesso especial que combina metalurgia do pó com laminação.


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Os principais objetivos da laminação são:

1. Obter um produto final com tamanho e formato especificados, com umaalta taxa de produção e um baixo custo;

2. Obter um produto final de boa qualidade, com propriedades mecânicas econdições superficiais adequadas.

3. O número de operações necessárias para atender a estes objetivos doprocesso de laminação, depende das especificações estipuladas para aforma, as propriedades mecânicas, as condições de superfície,rugosidade, revestimentos, etc.) e em relação a macro e microestruturado produto laminado.

4. Quanto mais detalhadas forem estas especificações, mais complicadoserá o procedimento e um maior número de operações será necessário.


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Durante as etapas de laminação, deve-se efetuar um controle dequalidade do produto para se detectar a presença de defeitos, tais comotrincas e vazios internos, afim de se evitar que um produto com excessode defeitos, portanto, rejeitável, continue sendo processado, comdesperdício de tempo e energia.

Pode-se destacar que as principais variáveis de influência na laminaçãosão:

1.o diâmetro dos rolos ou cilindros laminadores;

2. a resistência à deformação do metal (tensão de escoamento e deruptura, encruamento durante a deformação, temperatura de trabalho,

velocidade de trabalho, etc.);

3. o atrito entre os cilindros e o metal;

4. a presença da tração de avanço ou de retrocesso no produto que estasendo laminado.

P d L i ã


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Processo de LaminaçãoO processo de laminação pode ser conduzido a:

Representação do processamento de diversos

produtos laminados


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LAMINAÇÃO A QUENTELaminação a quente: É aquela que serealiza a temperaturas acima do ponto

crítico do aço, ou seja: a cada passe nolaminador reduz o tamanho do grão, o qualcresce novamente, assim que a pressão éretirada. O tamanho do grão final édeterminado pela temperatura e pelaporcentagem de redução do último passe.

A peça inicial é comumente um lingotefundido obtido de lingotamentoconvencional, ou uma placa de tarugoprocessado previamente em lingotamentocontínuo;• A peça intermediária e final assume, apósdiversos passes pelos cilindroslaminadores, as formas de perfis diversos(produtos não planos) ou de placas echapas (produtos planos);


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A temperatura de trabalho se situa acima da temperatura de recristalização dometal da peça, a fim de reduzir a resistência à deformação plástica em cada

passagem e permitir a recuperação da estrutura do metal, evitando oencruamento para os passes subseqüentes.• A laminação a quente, portanto, comumente se aplica em operações iniciais(operações de desbaste), onde são necessárias grandes reduções de secçõestransversais. A laminação a quente permite uma maior deformação.

• Recuperação da estrutura

• Ausência de encruamento

• Baixa precisão dimensional

• Baixo acabamento superficial

• Casca de óxidos (carepa)

• Produtos semi-acabados

LAMINAÇÃO A QUENTE

ÇÃO O


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LAMINAÇÃO A FRIO

É aquela que se realiza a temperaturas abaixo do ponto crítico do aço, ouseja: a cada passe no laminador o tamanho do grão se deforma mas nãocresce, tornando a superfície do material mais bem acabada e maisresistente. A laminação a frio se desenvolveu devido à necessidades crescente dematerial com qualidades mecânicas determinadas e às exigências cadavez maiores de uniformidade de bitola. Antes do trabalho a frio, énecessário remover a camada de óxido por meio da decapagem, com o

intuito de se obter boa superfície no produto acabado. A laminação a frio tem como consequência um aumento da dureza e daresistência à tração, ao mesmo tempo que reduz a ductilidade e otamanho do grão do aço. A profundidade até onde a estrutura do grão éalterada, depende da seção, tamanho e redução da área.

LAMINAÇÃO A FRIO


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A peça inicial para o processamento, nesse caso, é um produto semi-acabado(chapa), previamente laminado a quente.

Como a temperatura de trabalho (temperatura ambiente) situa-se abaixo datemperatura de recristalização, o material da peça apresenta uma maior resistência à deformação e um aumento dessa resistência com a deformação(encruamento), não permitindo, dessa forma, intensidades elevadas deredução de secção transversal.

Um tratamento térmico de recozimento, entre uma sequencia de passes,pode tornar-se necessário em função do programa de redução estabelecido edas propriedades exigidas do produto final. A laminação a frio é aplicada, portanto, para as operações finais (operaçõesde acabamento), quando as especificações do produto indicam anecessidade de acabamento superficial superior (obtido com cilindros maislisos e na ausência de aquecimento, o que evita a formação de cascas deóxidos) e de estrutura do metal encruada com ou sem recozimento final.

LAMINAÇÃO A FRIO

LAMINAÇÃO A FRIO


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O trabalho a frio é acompanhado do encruamento (inglês "strain hardening") dometal, que é ocasionado pela interação das discordâncias entre si e com outras

barreiras – tais como contornos de grão – que impedem o seu movimento atravésda rede cristalina.

A deformação plástica produz também um aumento no número de discordâncias,as quais, em virtude de sua interação, resultam num elevado estado de tensãointerna na rede cristalina. Um metal cristalino contém em média 106 a 108 cm de

discordâncias por cm3, enquanto que um metal severamente encruado apresentacerca de 1012 cm de discordâncias por cm3.

Encruamento

LAMINAÇÃO A FRIO

LAMINAÇÃO A FRIO


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A estrutura característica do estado encruado examinada ao microscópio

eletrônico, apresenta dentro de cada grão, regiões pobres em discordâncias,cercadas por um emaranhado altamente denso de discordâncias nos planos dedeslizamento.Tudo isto resulta macroscopicamente num aumento de resistência e dureza e numdecréscimo da ductilidade do material.

Maior resistência mecânica

Tratamentos térmicos intermediários

Encruamento

LAMINAÇÃO A FRIO

LAMINAÇÃO A FRIO


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LAMINAÇÃO A FRIO

• Melhor acabamento superficial• Superfícies regulares• Melhor precisão dimensional e geométrica

• Encruamento – Maior resistência mecânica –

Tratamentos térmicos intermediários


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CLASSIFICAÇÃO DOS PRODUTOS ACABADOS

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É comum para os produtos siderúrgicos a adoção de uma primeira

classificação como aços planos e não-planos.

Entende-se por produtos planos aqueles cuja forma da seção transversal éretangular, sendo que a largura do produto e várias vezes maior do que a suaespessura.

Produtos não-planos, pelo contrário, tem sua seção transversal diferente daforma retangular (exceção de barras chatas, alguns blocos e tarugos), formasem geral complexas e variadas, embora já se tenha formas consagradas elimitadas. É o caso de perfis tais como H, I, U, trilhos e outros.

Os produtos siderúrgicos podem também ser classificados em acabados ousemiacabados quanto a aplicabilidade direta destes.

São denominados semi-acabados, ou intermediários, em virtude depraticamente não existir aplicação direta para os mesmos, salvo paraposterior processamento por laminação, extrusão, trefilação, etc. que ostransformarão em produtos finais ou seja acabados.

DEFINIÇÕES DOS PRODUTOS LAMINADOS:


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CLASSIFICAÇÃO DOS PRODUTOS SEMI-ACABADOS

Obtidos em laminação primária, envolvendo uma ou mais cadeiras (quebradorade carepa, desbastadora e ainda, em alguns casos, até uma cadeirasecundária, seguida ou não de um trem contínuo). Os semi-produtos deverãoser, posterior-mente, forjados, extrudados, trefilados ou submetidos a outrasetapas de laminação, para darem origem a produtos acabados. Não existe umaclara separação dimensional entre eles, embora a ABNT em sua norma NBR6215 de 1986 classifique os semi-acabados de conformidade com a área daseção transversal e sua forma, como:1. bloco: é um produto semi-acabado cuja seção transversal é superior a 22.500 mm2 e com

relação entre altura e espessura igualou menor que 2; as arestas são arredondadas, estasmedidas se situam entre 150 e 300mm de lado;

2. tarugo : é um produto semi-acabado cuja seção transversal é menor ou igual a 22.500 mm2 e arelação largura e espessura igualou menor que 2; as arestas são arredondadas as tolerânciadimensionais menos restritivas que as de barras, estas medidas se situam entre 50 e 125mmde lado ou diâmetro;

3. placa: é um produto semi-acabado com seção transversal retangular, com espessura maior que80 mm (100 mm segundo a norma NBR 5903 de 1983 -1987) e relação largura e espessuramaior que 4, ou seja, espessura até 230mm e 610 a 1520mm de largura;

4. Chapa: Seção retangular, espessura maior do que 1/4 de pol.

5. Folha: chapa fina ou tira laminada: Espessura menor do que 1/4 de pol. Tiras, em geral, temlargura inferior a 24 polegadas


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CLASSIFICAÇÃO DOS PRODUTOS ACABADOS

Quanto aos produtos acabados de laminação (observa-se que podemos terprodutos acabados a partir de semi-acabados por diversos processos deconformação tais como laminação, forjamento, trefilação, extrusão, etc.)

Blocos e tarugos, por laminação, dão lugar a vários tipos de produtoslongos, tais como perfis; trilhos e acessórios; barras redondas, quadradas,sextavadas, etc; fio-máquina, tubos sem costura, etc.

Placas e platinas são laminadas em vários tipos de produtos planos (barras

chatas, chapas, tiras, fitas e folhas) que podem ser transformados, p. ex.,em tubos com costura e peças estampadas.Os produtos acabados planos são obtidos por laminação a quente ou aquente e a frio de placas em cilindros lisos (sem canais) e se subdividem deacordo com as seguintes dimensões.

A) Produtos Laminados PlanosO esforço de compressão executado pelos cilindros é aplicado sobre umasuperfície plana do produto laminado, sendo que, por esta ação, há umaredução da espessura acom-panhada do conseqüente aumento de compri-mento. Dependendo da relação entre a largura e a espessura iniciais, podeou não haver um alargamento livre do produto laminado.


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Produtos Laminados Planos

1. bobina:Produto plano laminado com largura mínima de 500 mm enrolado na forma

cilíndrica.1.1. bobina fina a frio: Produto plano laminado com espessura

entre 0,38 e 3,0 mm e com largura superior a 500 mm, enrolado naforma cilíndrica e cuja espessura final é obtida por laminação a frio.

1.2. bobina

1.3. bobina grossa: Produto plano laminado com espessurasuperior a 5,0 mm e igual ou inferior a 12,7 mm, largura superior a 500mm, enrolado na forma cilíndrica e cuja espessura final é obtida por laminação a quente.

2. chapa:

Produto plano de espessura mínima de 0,38 mm e largura mínima de 500 mm.2.1. chapa fina: Chapa com espessura entre 0,38 e 5,0 mm ecom largura igual ou superior a 500 mm.2.2. chapa fina a frio: Chapa com espessura entre 0,38 e 3,0 mm ecom largura superior a 500 mm, fornecido em forma plana, cujaespessura final é obtida por laminação a frio.


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2.3. chapa fina a quente: Chapa com espessura entre 1,20 e 5,0 mm e comlargura superior a 500 mm, fornecido em forma plana, cuja espessura final éobtida por laminação a quente.

2.4. chapa grossa: Chapa com espessura superior a 5,0 mm e largura superior a500mm, fornecido em forma plana, cuja espessura final é obtida por laminação aquente, seja no laminador reversível até no máximo 152 mm ou no laminadorcontínuo até no máximo 12,70 mm.

3. fita de aço para embalagem: Produto plano laminado com espessura igual ouinferior a 1,27 mm e com largura igualou inferior a 32 mm fornecido na forma derolo, utilizado como elemento de fixação ou compactação no acondicionamentoe/ou embalagem.

4. folha: Produto plano laminado a frio com espessura igual ou inferior a 0,38 mme com largura mínima de 500 mm fornecido em bobinas ou num comprimentodefinido.

5. tira: Produto plano relaminado a frio ou produto plano laminado com larguraigual ou inferior a 500 mm, fornecido com comprimento definido.


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5.1. tira cortada: Produto plano laminado com largura igual ou inferior a 500 mm,fornecido com comprimento definido; pode ser obtida de rolos cortados

aplainados ou de cortemecânico de chapas finas a frio, chapas finas a quente,chapa grossa ou qualquer produto plano laminado.

5.2. tira relaminada a frio: Produto plano relaminado a frio com espessura igualou inferior a 8,00 mm e largura igual ou inferior a 500 mm, fornecido comcomprimento definido, distinguindo-se da tira cortada por ter tolerância mais

estreitas na espessura e largura decorrentes do processo de fabricação.

6. rolo: Produto plano relaminado a frio ou produto plano laminado com larguraigual ou inferior a 500 mm, enrolado na forma cilíndrica de tal modo que alargura final do rolo seja igual à largura do produto plano (rolo simples) ou sejasuperior a largura do produto plano, o qual é obtido em sistema oscilante (rolo

zigue-zague).


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Dimensões de produtos laminados planos


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Esquema mostrando aplicações típicas deste produtos.


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B) PRODUTOS LAMINADOS LONGOS A ação compressiva é exercida numasuperfície não plana do laminado. Esta ação é quase sempre acompanhada derestrição ao alargamento livre do material laminado, pelo fato de a deformaçãoser realizada no interior de caneluras nos cilindros.• Perfis estruturaisVigas H, vigas I, vigas U, vigas Z, cantoneiras grandes, etc

• Trilhos e acessóriosTrilhos para ferrovias, pontes rolantes, carros de transporte de lingotes,

elevadores, etc; talas de junção; placas de apoio; etc.

• Perfis especiais

Estacas-pranchas, perfis para aros de rodas, etc.


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• A máquina que executa a laminação, ou seja, o laminador abrangeinúmeros tipos, dependendo cada um deles do serviço que executa, donúmero de cilindros existentes, etc. •

Os três principais tipos são:

Laminadores duo Trio Quádruo.

Tipos de Laminadores


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Tipos de Laminadores - Duo

Esquema de cadeiras duo com retorno por cima (I) e duplo duo (II)

Esquema de cadeiras duo reversível e trio.


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CLASSIFICAÇÃO DOS CILINDROS:


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São produzidos em uma enorme variedade de materiais, desde o aço

simples com 0,50% de carbono, passando pelos ferros fundidos especiaise nodulares, até os carbo netos de tungstênio.

CILINDROS DE AÇO Mediante o emprego de elementos de liga e detratamentos térmicos adequados podese conseguir altas durezas eresistências adequadas com cilindros de aço. O teor de carbono varia de

0,35 a 1%. Os principais elementos de liga são o cromo, o níquel e omolibdênio.CILINDROS DE AÇO FUNDIDO: Apresentam resistência ao desgasterelativamente pequena mas, devido à sua alta resistência à flexão,permitem grandes reduções em cada passagem. São usados;principalmente, nos laminadores desbastadores, nas primeiras cadeiras de

laminadores de tiras a quente e como cilindros de encosto nos laminadoresplanos aquente e a frio. Podem também ser empregados como cilindrospreparadores.CILINDROS DE AÇO FORJADO: Apresentam melhor resistência aodesgaste. São usados principalmente como cilindros

CLASSIFICAÇÃO DOS CILINDROS:


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CILINDROS DE FERRO FUNDIDO EM MOLDES DE AREIA

São empregados como cilindros acabadores de trens de grandes perfis e trenscomerciais, bem como cilindros preparadores de trens de perfis médios.

CILINDROS DE FERRO FUNDIDO COQUILHADO

Possuem uma camada exterior dura, com grande resistência ao desgaste

podendo gerar produtos com bom acabamento superficial. O núcleo, noentanto, é mais tenaz e possui boa resistência à ruptura. Podem ser usadosem cadeiras acabadoras de trens de fio-máquina, de trens de pequenos perfis,e em laminadores desbastadores.

CILINDROS DE FERRO FUNDIDO NODULAR Além de terem boa resistência

ao desgaste, apresentam resistência à ruptura maior que os outros cilindros deferro fundido cinzento. Podem ser usados em cilindros de laminadores detarugos e cilindros intermediários de trens de fio-máquina.


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• Vazios: podem ter origem nos rechupes ou nos gases retidos durante a solidificaçãodo lingote. Eles causam tanto defeitos de superfície quanto enfraquecimento daresistência mecânica do produto.

• Gotas frias - são respingos de metal que se solidificam nas paredes da lingoteiradurante o vazamento. Posteriormente, eles se agregam ao lingote e permanecem nomaterial até o produto acabado na forma de defeitos na superfície.

• Trincas - aparecem no próprio lingote ou durante as operações de redução queacontecem em temperaturas inadequadas. • Dobras - são provenientes de reduçõesexcessivas em que um excesso de massa metálica ultrapassa os limites do canal esofre recalque no passe seguinte.

Inclusões - são partículas resultantes da combinação de elementos presentes na

composição química do lingote, ou do desgaste de refratários e cuja presença podetanto fragilizar o material durante a laminação, quanto causar defeitos na superfície.

• Segregações - acontecem pela concentração de alguns elementos nas partes maisquentes do lingote, as últimas a se solidificarem. Elas podem acarretar heterogeneidades nas propriedades como também fragilização e enfraquecimento de

seções dos produtos laminados.

Defeitos dos Produtos Laminados


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Forças na Laminação


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Forças na Laminação


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aula 3 laminacao 14 marco 2016 [salvo automaticamente]

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