Laminagem. Laminagem. Introdução. Introdução

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1 Introdução A laminagem é um rocesso de deformação lástica na massa, no qual o material é forçado a assar entre dois rolos (cilindros) que rodam em sentido oosto, com a mesma velocidade eriférica, e estão distanciados entre si de um valor inferior à esessura do material que vai ser deformado. A roulsão do material durante a laminagem é efectuada elas forças de atrito, embora ossam também ser alicadas forças exteriores criando tensões quer de roulsão quer de contra-roulsão. O material ao assar entre os dois rolos sofre deformação lástica, a esessura é reduzida e o comrimento e a largura são aumentados. A laminagem é utilizada tanto na rodução de rodutos lanos, or exemlo, caas finas e grossas, como no fabrico de rodutos não lanos, como seja o caso de varões, tubos, barras e erfis estruturais. Caa olo Direcção de Avanço Introdução

2 Introdução A laminagem ocua um lugar de destaque entre os rocessos de deformação lástica, uma vez que cerca de 9% dos materiais metálicos utilizados ela indústria transformadora são, algures no decurso do seu rocessamento, submetidos a oerações de laminagem. A grande maioria dos rocessos de laminagem é realizada a quente em consequência dos valores de deformação que são exigidos na transformação dos rodutos. Adicionalmente, a laminagem a quente tem a vantagem de raticamente não introduzir tensões residuais nos rodutos fabricados e de as suas roriedades serem isotróicas. Contudo, trata-se de um rocesso em que o controlo dimensional é articularmente difícil, ara além da qualidade suerficial dos rodutos transformados ser má, em virtude da camada de óxidos suerficiais que semre se forma. Por este motivo, é usual deois das oerações a quente roceder-se a oerações de laminagem a frio, destinadas a aumentar a resistência do material, a controlar dimensionalmente e a melorar a qualidade dos rodutos fabricados. 3 de rodutos lanos edução de laminagem (de esessura ou secção) r = elação entre velocidades v = v v v v Condição necessária ara que a caa seja arrastada elos rolos no início da oeração de laminagem F cos > F sin t r Ft µ = > tan F r β > F t Fr Conclui-se assim que aenas existirá arrastamento (ou seja, alimentação automática), quando o ângulo de atrito, β, for suerior ao ângulo de contacto,. Como o ângulo de contacto,, aumenta à medida que a redução de laminagem se vai tornando mais elevada então será necessário ir aumentando o atrito ou recorrer a forças auxiliares ara se continuar a assegurar a condição de arrastamento necessária ao início da laminagem.

3 de rodutos lanos Máxima redução admissível de esessura tan = = / ( / ) / = ( ) = max = tan µ w w > w Aós a caa ter sido arrastada ara o interior da zona de trabalo, a laminagem rossegue normalmente sem que volte a existir qualquer tio de roblemas de arrastamento. < F t cos > Fr sin F t Fr 5 de caas a frio A laminagem de caas ode ser efectuada a quente ou a frio. A laminagem a frio é utilizada ara roduzir caas com acabamento suerficial e tolerâncias dimensionais melores do que as que se conseguem obter or laminagem a quente. O encruamento que resulta da redução de esessura na laminagem a frio ode também ser aroveitado ara melorar as roriedades mecânicas das caas e, consequentemente, dos rodutos que, a artir delas, forem fabricados. A laminagem de caas a frio dá origem a estruturas metalúrgicas caracterizadas or terem uma orientação referencial, resultante da rotação e alongamento dos grãos na direcção de laminagem de maneira a acomodar a deformação que é alicada elos rolos. Esta orientação referencial dos grãos está na base do fenómeno de anisotroia que é tíico do comortamento mecânico das caas finas laminadas a frio. 6 3

4 de caas a frio A laminagem a frio é rincialmente utilizada na rodução de caas com esessuras inferiores a mm, usando como matéria-rima as bobinas de caa que são reviamente obtidas a artir da laminagem a quente dos lingotes. Esessura mm) argura < 5 mm 5 mm < argura < 5 mm 5 mm < argura. ±. 8 a ±. ±. a ±. ±. 5 a ±. ±. 3 a ±. ±. 35 a ±. 5 ±. 5 a ±. 6 Tolerâncias de esessura ara caas laminadas a frio 7 Cálculo de caas laminadas a frio método da energia uniforme A metodologia de cálculo é análoga à que foi aresentada ara o forjamento na discilina Tecnologia Mecânica I e consiste nos seguintes rocedimentos:. Determinação da rojecção orizontal do arco de contacto do rolo com a caa = ( / ). Determinação da extensão verdadeira à saída ε z = ε = ε x y 3 [( ε ε ) y + ( ε ε ) z + ( ε ε ) ] z x y = ε = x = ε y =.5 ln ε 3 3. Determinação da tensão na região em deformação lástica n σ = K ε = ε ε σ unif Kε n = n + 8

5 Cálculo de caas laminadas a frio método da energia uniforme (continuação). Determinação da força de searação dos rolos F s = σ unif w Q fs 5. Determinação do momento e da otência de laminagem M = F P = M ω s Q fs.5..5 Atrito máximo Sem atrito Todos os casos m/ + m = Qfs 3 Atrito máximo 6 8 /m µ =.5 µ =. µ =. µ =.5 µ = Cálculo de caas laminadas a frio método da fatia elementar A metodologia de cálculo é análoga à que foi aresentada na discilina Tecnologia Mecânica I e baseia-se numa analogia entre a laminagem e o forjamento em matriz aberta em condições de deformação lana: w = w ds vr N dx vr z y x = µ + d σ x+ dσx σ x φ = µ Plano xy µ > Cálculo da ressão média alicada média a artir do equilíbrio das tensões actuantes numa fatia elementar: média σ e µ + m 5

6 Cálculo de caas laminadas a frio métodos das linas de escorregamento e do limite suerior A alicação destes métodos é efectuada com base nos Caítulos 8 e 9. Aresenta-se um exemlo de laminagem de caa em condições de deformação lana resolvido através do método do limite suerior: γ v A r C B v v 5º O v v C γ 5º B A = dw P M ω = = k v ds k + v ds v AB dt S D S AB S BC BC ds Defeitos de laminagem. Flexão exagerada dos rolos de laminagem rovocada ela força de searação. Ondulação da caa rovocada ela flexão dos rolos dos laminadores 3. Tensões residuais de tracção na região central e de comressão junto aos bordos. Fendas na região central devido às tensões residuais 5. Defeitos rovocados or um camber dos rolos excessivo 6. Abertura da caa em forma de boca de jacaré 6

7 de caas a quente A laminagem a quente é usada nas rimeiras oerações de laminagem efectuadas sobre os lingotes fundidos, com o intuito de romover reduções de esessura mais elevadas, tendo or objectivo roduzir blocos ou lacas ara o fabrico de barras ou caas (com esessuras que variam na gama comreendida entre os.8 e os 6 mm e larguras inferiores a 3 mm). A estrutura metalúrgica das caas fabricadas or laminagem a quente resulta da sobreosição de dois efeitos: A evolução da deformação com o temo A variação da temeratura com o temo 3 de caas a quente (continuação) A combinação da evolução da extensão e da temeratura com o temo durante a laminagem de caas a quente determina que o comortamento tensão-extensão do material da caa na região em deformação lástica seja semelante ao que se encontra reresentado na figura e tíico do fenómeno de recristalização dinâmica. Os grãos deformados e alongados ela acção dos rolos de laminagem, ao assarem or um rocesso recristalização, formam novos grãos romovendo a regeneração comleta da estrutura metalúrgica. No caso da redução de esessura ser elevada a recristalização tem lugar ainda na região em deformação lástica. Pelo contrário, quando a redução de esessura é mais baixa a recristalização irá surgir na arte final da oeração de laminagem. > σ vr < vr ε crit ε 7

8 de caas a quente (continuação) O cálculo da força de searação dos rolos e da otência na laminagem a quente ode ser efectuado de uma forma análoga à que foi efectuada ara a laminagem de caas a frio. No caso de se alicar o método da energia uniforme a rincial diferença, ara a laminagem a frio, reside no cálculo de uma velocidade de deformação média, e na obtenção de um valor médio (constante) de tensão no interior da região em deformação lástica através das curvas tensão-velocidade de deformação que caracterizam o comortamento viscolástico do material.. Determinação da velocidade de deformação média ε& ε = t média = v r.5 ln. Determinação do valor médio da tensão m σ = C ε& unif média 5 de rodutos não-lanos O termo laminagem de rodutos não-lanos é abitualmente utilizado ara designar o conjunto de oerações de laminagem que se encontram associadas à rodução de varão, barra, erfis estruturais normalizados (erfis H, I,, T, U) e erfis estruturais de geometria comlexa. Os rodutos não-lanos são laminados a quente, de uma forma rogressiva, em trens de laminagem que fazem intervir conjuntos sucessivos de rolos que são atravessados elo material durante a sua rogressão no sentido longitudinal. O laneamento dos asses intermédios e a conceção e o rojecto dos corresondentes conjuntos de rolos é uma tarefa comlicada que envolve bastante exeriência. 6 8

9 Processos eseciais de laminagem laminagem de tubos A laminagem de tubos é um rocesso esecial de laminagem que normalmente se realiza a quente e que ermite fabricar tubos comridos, sem costura, e com esessura de arede grossa. O rocesso convencional utiliza dois rolos, geralmente inclinados de um ângulo, relativamente ao eixo da eça, e um mandril. A inclinação dos rolos dá origem a que se desenvolvam duas comonentes distintas da tensão de atrito na interface de contacto da eça com os rolos; uma comonente axial e uma comonente radial. A comonente axial é resonsável ela alimentação do varão ara o interior da região em deformação lástica, enquanto que a comonente radial rovoca o movimento de rotação. O rincíio de funcionamento da laminagem de tubos baseia-se no facto da comressão radial da secção transversal circular do varão induzir tensões de tracção no seu interior, na região da lina de simetria. rolo varão zona III tubo mandril zona I zona II zona IV zona V 7 Processos eseciais de laminagem laminagem de anéis A laminagem de anéis é utilizada ara reduzir a esessura e aumentar o diâmetro de eças com geometria anelar. O rincíio de funcionamento baseia-se na comressão radial rogressiva da eça entre o rolo motor rincial e o rolo louco, da qual resulta o aumento de diâmetro do anel. A resença de rolos de borda destina-se a controlar a esessura da eça à medida que esta vai sendo laminada. O rocesso realiza-se a quente quando o diâmetro da eça a fabricar é grande ou quando os materiais ossuem uma resistência mecânica elevada. A geometria da secção transversal dos anéis que odem ser transformados não se encontra limitada a formas rectangulares, odendo igualmente serem roduzidas eças com secções transversais comlexas. rolo motor rolo louco rótula lástica anel ovalização 8 9

10 aminadores Os laminadores odem ter uma grande variedade de configurações, em função das alicações a que se destinam ou da técnica de laminagem ara a qual são concebidos:. aminadores de dois rolos (duo). aminadores de três rolos (trio) 3. aminadores de quatro rolos. aminador Sendzimir 5. aminadores de rodutos não-lanos 6. Fieiras aminador Sendzimir aminador de dois rolos aminador de quatro rolos Fieira 9 Auto estudo esolução dos roblemas 6., 6.5 e 6.6 O rograma de elementos finitos I-O ode ser obtido na ágina da discilina e instalado na directoria c:\i_roll.