Rolamento (metalurgia)

Na metalurgia , a laminação é um processo de formação de metal no qual o estoque de metal é passado por um ou mais pares de rolos para reduzir a espessura, tornar a espessura uniforme e/ou conferir uma propriedade mecânica desejada. O conceito é semelhante ao do rolamento de massa . A laminação é classificada de acordo com a temperatura do metal laminado. Se a temperatura do metal estiver acima de sua temperatura de recristalização , o processo é conhecido como laminação a quente . Se a temperatura do metal estiver abaixo de sua temperatura de recristalização, o processo é conhecido como laminação a frio .. Em termos de uso, a laminação a quente processa mais tonelagem do que qualquer outro processo de fabricação, e a laminação a frio processa a maior tonelagem de todos os processos de trabalho a frio . ^{[1] [2]} Os suportes de rolos com pares de rolos são agrupados em laminadores que podem processar rapidamente metal, normalmente aço , em produtos como aço estrutural ( vigas em I , cantoneiras, canaletas), barras e trilhos . A maioria das siderúrgicas possui divisões de laminação que convertem os produtos semi-acabados de fundição em produtos acabados.

Existem muitos tipos de processos de laminação, incluindo laminação de anel , dobra de rolo, perfilagem , laminação de perfil e laminação controlada .

Ferro e aço

A invenção do laminador na Europa pode ser atribuída a Leonardo da Vinci em seus desenhos. ^[3] Os primeiros laminadores em forma bruta, mas os mesmos princípios básicos, foram encontrados no Oriente Médio e no sul da Ásia já em 600 aC. Os primeiros laminadores eram laminadores de corte longitudinal , que foram introduzidos do que hoje é a Bélgica para a Inglaterra em 1590. Estes passaram barras planas entre rolos para formar uma placa de ferro, que foi então passada entre rolos ranhurados (slitters) para produzir barras de ferro. ^[4] As primeiras experiências de laminação de ferro para folha de flandres ocorreram por volta de 1670. Em 1697, o Major John Hanbury ergueu um moinho em Pontypoolrolar 'Placas Pontypool' – blackplate . Mais tarde, este começou a ser relaminado e estanhado para fazer folha de flandres . A produção anterior de chapas de ferro na Europa era em forjas, não em laminadores.

O moinho de corte foi adaptado para produzir aros (para barricas) e ferro de meia volta ou outras secções por meios que foram objecto de duas patentes de c. 1679.

Algumas das primeiras literaturas sobre laminadores podem ser rastreadas até o engenheiro sueco Christopher Polhem em seu Patriotista Testamente de 1761, onde ele menciona laminadores para chapas e barras de ferro. ^[5] Ele também explica como os laminadores podem economizar tempo e mão de obra porque um laminador pode produzir de 10 a 20 ou mais barras ao mesmo tempo.

Uma patente foi concedida a Thomas Blockley da Inglaterra em 1759 para o polimento e laminação de metais. Outra patente foi concedida em 1766 a Richard Ford da Inglaterra para o primeiro moinho tandem. ^[6] Um moinho tandem é aquele em que o metal é laminado em suportes sucessivos; O moinho tandem da Ford era para laminação a quente de fio-máquina.

Outros metais

Os laminadores de chumbo parecem ter existido no final do século XVII. Cobre e latão também foram laminados no final do século XVIII.

Rolamento moderno

Até o século XVIII, os laminadores derivavam seu poder das rodas d'água . O primeiro uso registrado de um motor a vapor dirigindo diretamente um moinho é atribuído à Bradley Works de John Wilkinson, onde, em 1786, um motor Boulton e Watt foi acoplado a um laminador de corte e laminação. O uso de motores a vapor aumentou consideravelmente a capacidade produtiva dos moinhos, até que essa forma de energia foi substituída por motores elétricos logo após 1900. ^[7]

A prática moderna de laminação pode ser atribuída aos esforços pioneiros de Henry Cort , da Funtley Iron Mills, perto de Fareham , em Hampshire , Inglaterra. Em 1783, um número de patente foi emitido para Henry Cort para o uso de rolos ranhurados para barras de ferro laminado. ^[8] Com este novo design, os moinhos foram capazes de produzir 15 vezes mais por dia do que com um martelo. ^[9] Embora Cort não tenha sido o primeiro a usar rolos ranhurados, ele foi o primeiro a combinar o uso de muitas das melhores características de vários processos de fabricação de ferro e modelagem conhecidos na época. Assim, os escritores modernos o chamaram de "pai do rolamento moderno".

O primeiro laminador ferroviário foi estabelecido por John Birkenshaw na Bedlington Ironworks em Northumberland , Inglaterra, em 1820, onde produziu trilhos de ferro forjado com barriga de peixe em comprimentos de 15 a 18 pés. ^[9] Com o avanço da tecnologia nos laminadores, o tamanho dos laminadores cresceu rapidamente junto com o tamanho dos produtos que estão sendo laminados. Um exemplo disso foi na Grande Exposição em Londres em 1851, onde uma placa de 20 pés de comprimento, 3 ½ pés de largura e 7/16 de polegada de espessura e pesando 1.125 libras foi exibida pela Consett Iron Company . ^[9]A evolução adicional do laminador veio com a introdução de laminadores de três alturas em 1853, usados ​​para laminação de seções pesadas.

Laminação a quente e a frio

Laminação a quente

A laminação a quente é um processo metalúrgico que ocorre acima da temperatura de recristalização do material. Depois que os grãos se deformam durante o processamento, eles se recristalizam, o que mantém uma microestrutura equiaxial e impede o encruamento do metal . O material de partida é geralmente grandes peças de metal, como produtos de fundição semi-acabados , como lingotes , lajes , blocos e tarugos .

• 

  Lingote retirado do poço de imersão.

• 

  Foto de lajes frias.

• 

  Flores de aço no vagão ferroviário

• 

  Tarugos no vagão ferroviário.

Se esses produtos são provenientes de uma operação de lingotamento contínuo , os produtos geralmente são alimentados diretamente nos laminadores na temperatura adequada. Em operações menores, o material começa à temperatura ambiente e deve ser aquecido. Isso é feito em um poço de imersão a gás ou óleo para peças maiores; para peças menores, o aquecimento por indução é usado. À medida que o material é trabalhado, a temperatura deve ser monitorada para garantir que permaneça acima da temperatura de recristalização.

Para manter um fator de segurança é definida uma temperatura de acabamento acima da temperatura de recristalização; isto é geralmente 50 a 100 °C (90 a 180 °F) acima da temperatura de recristalização. Se a temperatura cair abaixo dessa temperatura, o material deve ser reaquecido antes da laminação a quente adicional. ^[10]

Metais laminados a quente geralmente têm pouca direcionalidade em suas propriedades mecânicas ou tensões residuais induzidas por deformação . No entanto, em certos casos , inclusões não metálicas conferem alguma direcionalidade e peças de trabalho com menos de 20 mm (0,79 pol) de espessura geralmente têm algumas propriedades direcionais. O resfriamento não uniforme induzirá muitas tensões residuais, que geralmente ocorrem em formas que têm uma seção transversal não uniforme, como vigas I. Enquanto o produto acabado é de boa qualidade, a superfície é coberta por carepa de laminação , que é um óxido que se forma em altas temperaturas. Geralmente é removido por decapagem ou superfície limpa lisa (SCS)processo, que revela uma superfície lisa. ^[11] As tolerâncias dimensionais são geralmente de 2 a 5% da dimensão total. ^[12]

O aço macio laminado a quente parece ter uma tolerância mais ampla para o nível de carbono incluído do que o aço laminado a frio e, portanto, é mais difícil para um ferreiro usar. Também para metais semelhantes, os produtos laminados a quente parecem ser menos caros do que os laminados a frio. ^[13]

A laminação a quente é usada principalmente para produzir chapas metálicas ou seções transversais simples, como trilhos . Outros usos típicos para metal laminado a quente: ^[14]

• Quadros de caminhão
• Placas de embreagem automotiva, rodas e aros de roda
• Tubulações e tubos
• Aquecedores de água
• Equipamentos agrícolas
• Cintas
• Estampados
• Conchas do compressor
• Construções metálicas
• Vagões de tremonha e componentes de vagões
• Portas e estantes
• Discos
• Guarda-corpos para ruas e rodovias

Design de rolamento de forma

Os laminadores são frequentemente divididos em gaiolas de desbaste, intermediárias e de acabamento. Durante a laminação de forma, um tarugo inicial (redondo ou quadrado) com borda de diâmetro normalmente variando entre 100 e 140 mm é continuamente deformado para produzir um determinado produto acabado com dimensão e geometria de seção transversal menores. A partir de um determinado tarugo, diferentes sequências podem ser adotadas para produzir um determinado produto final. No entanto, como cada laminador é significativamente caro (até 2 milhões de euros), um requisito típico é reduzir o número de passes de laminação. Diferentes abordagens foram alcançadas, incluindo conhecimento empírico, emprego de modelos numéricos e técnicas de Inteligência Artificial. Lambiase et ai. ^{[15] [16]}validaram um modelo de elementos finitos (FE) para prever a forma final de uma barra laminada em passe redondo plano. Uma das principais preocupações ao projetar laminadores é reduzir o número de passes. Uma possível solução para tais requisitos é o passe de fenda , também chamado de passe dividido , que divide uma barra de entrada em duas ou mais subpartes, aumentando virtualmente a taxa de redução da seção transversal por passe, conforme relatado pela Lambiase. ^[17] Outra solução para reduzir o número de passes em laminadores é o emprego de sistemas automatizados para Roll Pass Design como proposto por Lambiase e Langella. ^[18] posteriormente, Lambiase desenvolveu ainda um Sistema Automatizado baseado em Inteligência Artificiale particularmente um sistema integrado incluindo um motor inferencial baseado em Algoritmos Genéticos uma base de conhecimento baseada em uma Rede Neural Artificial treinada por um modelo paramétrico de elementos finitos e para otimizar e projetar automaticamente laminadores. ^[19]

Laminação a frio

A laminação a frio ocorre com o metal abaixo de sua temperatura de recristalização (geralmente à temperatura ambiente), o que aumenta a resistência por encruamento em até 20%. Também melhora o acabamento da superfície e mantém tolerâncias mais apertadas . Os produtos comumente laminados a frio incluem folhas, tiras, barras e vergalhões; esses produtos são geralmente menores do que os mesmos produtos laminados a quente. Devido ao menor tamanho das peças e sua maior resistência, em comparação com o material laminado a quente, são usados ​​moinhos de quatro alturas ou de cluster. ^[2] A laminação a frio não pode reduzir a espessura de uma peça tanto quanto a laminação a quente em uma única passagem.

Folhas e tiras laminadas a frio vêm em várias condições: full-hard , half-hard , quarter-hard e skin-rolled . A laminação totalmente dura reduz a espessura em 50%, enquanto as outras envolvem menos redução. O aço laminado a frio é então recozido para induzir a ductilidade no aço laminado a frio, que é simplesmente conhecido como Laminado a Frio e Recozido . Skin-rolling, também conhecido como skin-pass , envolve a menor quantidade de redução: 0,5-1%. É usado para produzir uma superfície lisa, uma espessura uniforme e reduzir o fenômeno do ponto de escoamento (impedindo que as bandas de Lüdersda formação no processamento posterior). Bloqueia as discordâncias na superfície e assim reduz a possibilidade de formação de bandas de Lüders. Para evitar a formação de bandas de Lüders é necessário criar uma densidade substancial de discordâncias não fixadas na matriz de ferrita. Também é usado para quebrar as lantejoulas em aço galvanizado. O estoque laminado é geralmente usado em processos subsequentes de trabalho a frio, onde é necessária uma boa ductilidade.

Outras formas podem ser laminadas a frio se a seção transversal for relativamente uniforme e a dimensão transversal for relativamente pequena. As formas de laminação a frio requerem uma série de operações de conformação, geralmente ao longo das linhas de dimensionamento, desagregação, desbaste, semidesbaste, semi-acabamento e acabamento.

Se processado por um ferreiro, os níveis mais suaves, mais consistentes e mais baixos de carbono encapsulados no aço facilitam o processamento, mas ao custo de serem mais caros. ^[20]

Os usos típicos para o aço laminado a frio incluem móveis de metal, mesas, armários de arquivo, mesas, cadeiras, tubos de escape de motocicleta, armários e hardware de computador, eletrodomésticos e componentes, prateleiras, luminárias, dobradiças, tubos, tambores de aço, cortadores de grama, eletrônicos armários, aquecedores de água, recipientes de metal, pás de ventiladores, frigideiras, kits de montagem em parede e teto e uma variedade de produtos relacionados à construção. ^[21]

Processos

Dobra de rolos

A dobra de rolos produz um produto de formato cilíndrico a partir de chapas ou metais de aço. ^[22]

Formação de rolos

Laminação, dobra de rolo ou laminação de chapa é uma operação de dobra contínua na qual uma longa tira de metal (normalmente aço enrolado) é passada por conjuntos consecutivos de rolos, ou suportes, cada um realizando apenas uma parte incremental da dobra, até o cruzamento desejado. -perfil da seção é obtido. A laminação é ideal para a produção de peças com comprimentos longos ou em grandes quantidades. Existem 3 processos principais: 4 rolos, 3 rolos e 2 rolos, cada um com vantagens diferentes de acordo com as especificações desejadas da placa de saída.

Rolamento plano

A laminação plana é a forma mais básica de laminação com o material inicial e final tendo uma seção transversal retangular. O material é alimentado entre dois rolos , chamados rolos de trabalho , que giram em direções opostas. A folga entre os dois rolos é menor que a espessura do material de partida, o que faz com que ele se deforme . A diminuição da espessura do material faz com que o material se alongue. O atrito na interface entre o material e os rolos faz com que o material seja empurrado. A quantidade de deformação possível em um único passe é limitada pelo atrito entre os rolos; se a mudança de espessura for muito grande, os rolos simplesmente deslizam sobre o material e não o puxam. ^[1]O produto final é folha ou chapa, sendo a primeira com menos de 6 mm (0,24 pol.) de espessura e a segunda maior que; no entanto, chapas pesadas tendem a ser formadas usando uma prensa , que é denominada forjamento , em vez de laminação. ^{[ citação necessária ]}

Muitas vezes os rolos são aquecidos para auxiliar na trabalhabilidade do metal. A lubrificação é frequentemente usada para evitar que a peça de trabalho grude nos rolos. ^{[ citação necessária ]} Para afinar o processo, a velocidade dos rolos e a temperatura dos rolos são ajustadas. ^[23]

Para chapas finas com espessura inferior a 200 μm (0,0079 in), ^{[ citação necessária ]} a laminação é feita em um moinho de aglomerado porque a pequena espessura requer rolos de pequeno diâmetro. ^[10] Para reduzir a necessidade de rolos pequenos , é utilizada a laminação de pacotes , que rola várias folhas juntas para aumentar a espessura inicial efetiva. À medida que as folhas de papel alumínio passam pelos rolos, elas são aparadas e cortadas com facas circulares ou em forma de navalha . Aparar refere-se às bordas da folha, enquanto o corte envolve cortá-la em várias folhas. ^[23] Folha de alumínioé o produto mais comumente produzido através da laminação de embalagens. Isto é evidente a partir dos dois acabamentos de superfície diferentes; o lado brilhante fica no lado do rolo e o lado fosco fica contra a outra folha de papel alumínio. ^[24]

Rolamento do anel

A laminação de anel é um tipo especializado de laminação a quente que aumenta o diâmetro de um anel. O material de partida é um anel de paredes espessas. Esta peça de trabalho é colocada entre dois rolos, um rolo intermediário interno e um rolo acionado , que pressiona o anel por fora. À medida que a laminação ocorre, a espessura da parede diminui à medida que o diâmetro aumenta. Os rolos podem ser moldados para formar várias formas de seção transversal. A estrutura de grão resultante é circunferencial, o que confere melhores propriedades mecânicas. Os diâmetros podem ser tão grandes quanto 8 m (26 pés) e alturas de rosto tão altas quanto 2 m (79 pol.). As aplicações comuns incluem pneus ferroviários, rolamentos , engrenagens , foguetes , turbinas ,aviões , tubos e vasos de pressão . ^[11]

Rolamento de forma estrutural

Rolagem controlada

A laminação controlada é um tipo de processamento termomecânico que integra deformação controlada e tratamento térmico . O calor que leva a peça de trabalho acima da temperatura de recristalização também é usado para realizar os tratamentos térmicos, de modo que qualquer tratamento térmico subsequente seja desnecessário. Os tipos de tratamentos térmicos incluem a produção de uma estrutura de grão fino; controlar a natureza, tamanho e distribuição de vários produtos de transformação (como ferrita , austenita , perlita , bainita e martensita em aço); indução de endurecimento por precipitação ; e, controlando a tenacidade. Para isso, todo o processo deve ser monitorado e controlado de perto. Variáveis ​​comuns na laminação controlada incluem a composição e estrutura do material inicial, níveis de deformação, temperaturas em vários estágios e condições de resfriamento. Os benefícios da laminação controlada incluem melhores propriedades mecânicas e economia de energia. ^[12]

Forja rolando

A laminação de forja é um processo de laminação longitudinal para reduzir a área da seção transversal de barras ou tarugos aquecidos, conduzindo-os entre dois segmentos de rolos rotativos contrários. O processo é usado principalmente para fornecer distribuição otimizada de material para processos de forjamento de matrizes subsequentes. Devido a isso, uma melhor utilização do material, forças de processo mais baixas e melhor qualidade da superfície das peças podem ser alcançadas em processos de forjamento por matriz. ^[25]

Basicamente, qualquer metal forjável também pode ser forjado. A laminação de forja é usada principalmente para pré-formar tarugos de longa escala por meio de distribuição de massa direcionada para peças como virabrequins, bielas, mangas de eixo e eixos de veículos. As tolerâncias de fabricação mais estreitas podem ser alcançadas apenas parcialmente pela laminação por forja. Esta é a principal razão pela qual a laminação por forjamento raramente é usada para acabamento, mas principalmente para pré-forma. ^[26]

Características de laminação de forja: ^[27]

• alta produtividade e alta utilização de material
• boa qualidade da superfície de peças laminadas forjadas
• vida útil estendida da ferramenta
• ferramentas pequenas e baixos custos de ferramentas
• propriedades mecânicas melhoradas devido ao fluxo de grãos otimizado em comparação com peças forjadas exclusivamente

Moinhos

Um laminador , também conhecido como laminador de redução ou laminador , possui uma construção comum independente do tipo específico de laminação que está sendo realizado: ^[28]

• Rolos de trabalho
• Rolos de apoio - destinam-se a fornecer suporte rígido exigido pelos rolos de trabalho para evitar flexão sob a carga de rolamento
• Sistema de balanceamento de rolamento - para garantir que os rolos de trabalho superiores e de apoio sejam mantidos na posição correta em relação aos rolos inferiores
• Dispositivos de troca de rolos - uso de uma ponte rolante e uma unidade projetada para ser fixada no gargalo do rolo a ser removido ou inserido no moinho.
• Dispositivos de proteção do moinho - para garantir que as forças aplicadas aos calços do cilindro de apoio não sejam de tal magnitude que fraturem os pescoços dos cilindros ou danifiquem a carcaça do moinho
• Sistemas de refrigeração e lubrificação de rolos
• Pinhões - engrenagens para dividir a potência entre os dois fusos, girando-os na mesma velocidade, mas em direções diferentes
• Engrenagem - para estabelecer a velocidade de rolamento desejada
• Motores de acionamento - rolando produtos de folha estreita para milhares de cavalos de potência
• Controles elétricos - tensões constantes e variáveis ​​aplicadas aos motores
• Enroladores e desenroladores - para desenrolar e enrolar bobinas de metal

As placas são o material de alimentação para laminadores de tiras a quente ou laminadores de chapas grossas e os blocos são laminados para tarugos em um laminador de tarugos ou grandes seções em um laminador estrutural. A saída de um laminador de tiras é bobinada e, posteriormente, usada como alimentação para um laminador a frio ou usada diretamente pelos fabricantes. Os tarugos, para relaminação, são posteriormente laminados em um laminador comercial, de barras ou de vergalhões. Os moinhos comerciais ou de barras produzem uma variedade de produtos moldados, como cantoneiras, canais, vigas, redondos (longos ou enrolados) e hexágonos.

Configurações

Os moinhos são projetados em diferentes tipos de configurações, sendo a mais básica um não reversível de duas alturas , o que significa que são dois rolos que giram apenas em uma direção. O laminador reversível de duas alturas tem rolos que podem girar em ambas as direções, mas a desvantagem é que os rolos devem ser parados, invertidos e depois trazidos de volta à velocidade de laminação entre cada passagem. Para resolver isso, os três altosfoi inventado o moinho, que usa três rolos que giram em uma direção; o metal é alimentado por dois dos rolos e depois retornado pelo outro par. A desvantagem deste sistema é que a peça de trabalho deve ser levantada e abaixada usando um elevador. Todos esses moinhos são geralmente usados ​​para laminação primária e os diâmetros dos rolos variam de 60 a 140 cm (24 a 55 pol). ^[10]

Para minimizar o diâmetro do rolo , é usado um moinho de quatro alturas ou de aglomerado . Um diâmetro de rolo pequeno é vantajoso porque menos rolo está em contato com o material, o que resulta em menor necessidade de força e potência. O problema com um rolo pequeno é a redução da rigidez, que é superada com o uso de rolos de apoio . Esses rolos de backup são maiores e entram em contato com a parte de trás dos rolos menores. Um moinho de quatro alturas tem quatro rolos, dois pequenos e dois grandes. Um moinho de cluster tem mais de 4 rolos, geralmente em três camadas. Esses tipos de laminadores são comumente usados ​​para laminação a quente de chapas largas, a maioria das aplicações de laminação a frio e para laminação de folhas. ^[10]

Historicamente os moinhos eram classificados pelo produto produzido: ^[29]

• Moinhos de Blooming , Cogging e Slabbing , sendo os moinhos preparatórios para laminação de trilhos acabados , perfis ou chapas, respectivamente. Se inverter, eles são de 34 a 48 polegadas de diâmetro, e se três de altura, de 28 a 42 polegadas de diâmetro.
• Moinhos de tarugos , de três alturas, rolos de 24 a 32 polegadas de diâmetro, usados ​​para a redução adicional de blocos para tarugos de 1,5x1,5 polegadas, sendo os moinhos preparatórios para barra e vergalhões
• Moinhos de vigas, de três alturas, rolos de 28 a 36 polegadas de diâmetro, para a produção de vigas pesadas e canais de 12 polegadas ou mais.
• Moinhos ferroviários com rolos de 26 a 40 polegadas de diâmetro.
• Moinhos de forma com rolos de 20 a 26 polegadas de diâmetro, para tamanhos menores de vigas e canais e outras formas estruturais.
• Moinhos de barras mercantes com rolos de 16 a 20 polegadas de diâmetro.
• Pequenos laminadores de barras comerciais com rolos de acabamento de 8 a 16 polegadas de diâmetro, geralmente dispostos com um suporte de desbaste de tamanho maior.
• Moinhos de vergalhões e arames com rolos de acabamento de 8 a 12 polegadas de diâmetro, sempre dispostos com bancadas de desbaste de tamanho maior.
• Moinhos de argolas e gravatas de algodão, semelhantes aos pequenos moinhos de barras comerciais.
• Moinhos de chapas blindadas com rolos de 44 a 50 polegadas de diâmetro e corpo de 140 a 180 polegadas.
• Moinhos de chapas com rolos de 28 a 44 polegadas de diâmetro.
• Moinhos de chapa com rolos de 20 a 32 polegadas de diâmetro.
• Moinhos universais para a produção de chapas quadradas ou chamadas universais e vários formatos de flanges largos por um sistema de rolos verticais e horizontais.

Moinho Tandem

Um laminador tandem é um tipo especial de laminador moderno onde a laminação é feita em uma passagem. Em um laminador tradicional a laminação é feita em várias passagens, mas no laminador tandem existem várias bancadas (>=2 bancadas) e as reduções ocorrem sucessivamente. O número de estandes varia de 2 a 18.

Os laminadores tandem podem ser do tipo laminador a quente ou a frio.

Os laminadores a frio podem ser divididos em processamento contínuo ou em lote.

Um laminador contínuo possui uma torre de looping que permite que o laminador continue rolando lentamente a tira na torre, enquanto um soldador de tiras une a cauda da bobina atual à cabeça da próxima bobina. Na extremidade de saída do moinho há normalmente um cisalhamento voador (para cortar a tira na solda ou próximo a ela) seguido por duas bobinadeiras; um sendo descarregado enquanto o outro enrola na bobina de corrente.

As torres de looping também são usadas em outros lugares; como linhas de recozimento contínuo e estanhagem eletrolítica contínua e linhas de galvanização contínua .

Defeitos

A espessura muda ao longo do comprimento

Na laminação a quente, se a temperatura da peça não for uniforme o fluxo do material ocorrerá mais nas partes mais quentes e menos nas partes mais frias. Se a diferença de temperatura for grande o suficiente, podem ocorrer rachaduras e rasgos. ^[10] As seções mais frias são, entre outras coisas, resultado dos suportes no forno de reaquecimento.

Na laminação a frio, praticamente toda a variação da espessura da tira é resultado da excentricidade e da circularidade dos rolos de apoio desde o Estande 3 do Laminador de Tiras a Quente até o Produto Acabado.

A excentricidade do Back-up Roll pode ser de até 100 μm em magnitude por pilha. A excentricidade pode ser medida off-line, traçando a variação da força em função do tempo com a fresadora em fluência, sem tira presente e o suporte da fresadora abaixo da face.

Uma análise de Fourier modificada foi empregada pelo 5 Stand Cold Mill na Bluescope Steel, Port Kembla de 1986 até que o Cold Mill cessou a produção em 2009. Dentro de cada bobina, o desvio da espessura de saída vezes 10 para cada metro de tira foi armazenado em um arquivo. Este arquivo foi analisado separadamente para cada frequência/comprimento de onda de 5 m a 60 m em passos de 0,1 m. Para melhorar a precisão, tomou-se o cuidado de usar um múltiplo completo de cada comprimento de onda (100*). As amplitudes calculadas foram plotadas em relação ao comprimento de onda, para que os picos pudessem ser comparados aos comprimentos de onda esperados criados pelos rolos de backup de cada suporte.

Se um Suporte do Moinho estiver equipado com Pistões Hidráulicos em série com, ou em vez dos Parafusos Mecânicos acionados eletricamente, então é possível eliminar o efeito da excentricidade desse Rolo de Apoio dos Suportes. Durante o rolamento, a excentricidade de cada Back-up Roll é determinada pela amostragem da força de roll e atribuindo-a à porção correspondente da posição rotacional de cada Back-up Roll. Estas gravações são então utilizadas para operar o Pistão Hidráulico de forma a neutralizar as excentricidades.

Planicidade e forma

Em uma peça de metal plana, a planicidade é um atributo descritivo que caracteriza a extensão do desvio geométrico de um plano de referência. O desvio da planicidade completa é o resultado direto do relaxamento da peça após a laminação a quente ou a frio, devido ao padrão de tensões internas causado pela ação compressiva transversal não uniforme dos rolos e pelas propriedades geométricas desiguais do material de entrada. A distribuição transversal da tensão diferencial induzida por deformação/alongamento em relação à tensão aplicada média do material é comumente referida como forma. Devido à estrita relação entre forma e planicidade, esses termos podem ser usados ​​de maneira intercambiável. No caso de tiras e chapas metálicas, a planicidade reflete o alongamento diferencial da fibra ao longo da largura da peça. Esta propriedade deve ser submetida a um controle preciso por retroalimentação para garantir a usinabilidade das chapas metálicas nos processos finais de transformação. Alguns detalhes tecnológicos sobre o controle de feedback de planicidade são fornecidos.^[30]

Perfil

O perfil é composto pelas medidas de coroa e cunha. Coroa é a espessura no centro em comparação com a espessura média nas bordas da peça de trabalho. Cunha é uma medida da espessura em uma borda em oposição à outra borda. Ambos podem ser expressos como medidas absolutas ou como medidas relativas. Por exemplo, pode-se ter 2 mil de coroa (o centro da peça de trabalho é 2 mil mais espesso que as bordas), ou pode ter 2% de coroa (o centro da peça de trabalho é 2% mais espesso que as bordas).

Normalmente é desejável ter alguma coroa na peça de trabalho, pois isso fará com que a peça de trabalho tenda a puxar para o centro da fresadora e, portanto, funcionará com maior estabilidade.

Planicidade

Manter uma folga uniforme entre os rolos é difícil porque os rolos defletem sob a carga necessária para deformar a peça de trabalho. A deflexão faz com que a peça de trabalho seja mais fina nas bordas e mais grossa no meio. Isso pode ser superado usando um rolo coroado (coroa parabólica), no entanto, o rolo coroado compensará apenas um conjunto de condições, especificamente o material, a temperatura e a quantidade de deformação. ^[12]

Outros métodos de compensação da deformação do rolo incluem coroa variável contínua (CVC), laminação cruzada de pares e flexão do rolo de trabalho. O CVC foi desenvolvido pela SMS-Siemag AG e envolve a retificação de uma curva polinomial de terceira ordem nos cilindros de trabalho e, em seguida, o deslocamento dos cilindros de trabalho lateralmente, igualmente e opostos um ao outro. O efeito é que os rolos terão uma folga entre eles de forma parabólica e variará com o deslocamento lateral, permitindo assim o controle da coroa dos rolos dinamicamente. A rolagem cruzada de pares envolve o uso de rolos com coroas planas ou parabólicas, mas deslocando as extremidades em um ângulo para que a folga entre as bordas dos rolos aumente ou diminua, permitindo assim o controle dinâmico da coroa. A dobra do rolo de trabalho envolve o uso de cilindros hidráulicos nas extremidades dos rolos para neutralizar a deflexão do rolo.

Outra forma de contornar problemas de deflexão é diminuindo a carga nos rolos, o que pode ser feito aplicando uma força longitudinal; isso é essencialmente desenho . Outro método para diminuir a deflexão do rolo inclui aumentar o módulo de elasticidade do material do rolo e adicionar suportes de apoio aos rolos. ^[12]

As diferentes classificações para defeitos de planicidade são:

• Onda de borda simétrica - as bordas em ambos os lados da peça de trabalho são "onduladas" devido ao material nas bordas ser mais longo que o material no centro.
• Onda de borda assimétrica - uma borda é "ondulada" devido ao material de um lado ser mais longo que o outro lado.
• Fivela central - O centro da tira é "ondulado" devido à tira no centro ser mais longa do que a tira nas bordas.
• Quarto de fivela - Este é um defeito raro onde as fibras são alongadas nas regiões do quarto (a porção da tira entre o centro e a borda). Isso normalmente é atribuído ao uso excessivo de força de flexão do rolo, uma vez que a força de flexão pode não compensar a deflexão do rolo em todo o comprimento do rolo.

É importante notar que pode haver um defeito de planicidade mesmo com a peça de trabalho com a mesma espessura em toda a largura. Além disso, pode-se ter uma coroa ou cunha bastante alta, mas ainda produzir material plano. Para produzir material plano, o material deve ser reduzido na mesma porcentagem em toda a largura. Isso é importante porque o fluxo de massa do material deve ser preservado, e quanto mais um material é reduzido, mais ele é alongado. Se um material for alongado da mesma maneira em toda a largura, a planicidade que entra no moinho será preservada na saída do moinho.

Rascunho

A diferença entre a espessura da peça metálica inicial e a laminada é chamada de calado. Assim se${\estilo de exibição t_{i}}$é a espessura inicial e${\estilo de exibição t_{f}}$é a espessura final, então o calado${\estilo de exibição d}$É dado por

${\displaystyle d=t_{i}-t_{f}}$

O calado máximo que pode ser alcançado através de rolos de raio${\estilo de exibição R}$com coeficiente de atrito estático${\estilo de exibição f}$entre o rolo e a superfície metálica é dada por

${\displaystyle d_{max}=f^{2}R}$

Este é o caso quando a força de atrito no metal do contato de entrada corresponde à força negativa do contato de saída.

Tipos de defeitos de superfície

Existem seis tipos de defeitos de superfície: ^[31]

Colo

Este tipo de defeito ocorre quando um canto ou aleta é dobrado e enrolado, mas não soldado no metal. ^[32] Eles aparecem como costuras na superfície do metal.

Tesoura

Esses defeitos ocorrem como um colo de penas.

Escala rolada

Isso ocorre quando a carepa de laminação é laminada em metal.

Escaras

Estes são longos pedaços de metal solto que foram enrolados na superfície do metal.

Costuras

São linhas abertas e quebradas que correm ao longo do comprimento do metal e causadas pela presença de incrustações e também devido à rugosidade do desbaste.

Lascas

Rupturas de superfície proeminentes.

Correção de defeitos de superfície

Muitos defeitos de superfície podem ser removidos da superfície de produtos laminados semi-acabados antes da laminação posterior. Os métodos de escarfagem incluíram a lasca manual com cinzéis (séculos XVIII e XIX); lascagem e moagem motorizadas com cinzéis de ar e esmerilhadeiras; queima com maçarico de oxi-combustível , cuja pressão do gás sopra o metal ou a escória derretida pela chama; ^[33] e cicatrização a laser.

Veja também

• Bernard Lauth , inventou e patenteou o processo de laminação a frio de ferro
• John B. Tytus , inventor do primeiro processo prático de laminação contínua de tira larga para fabricação de aço
• Tadeusz Sendzimir , cujo nome foi dado a métodos revolucionários de processamento de aço e metais
• Texturização por feixe de elétrons , usada para aplicar rugosidade à superfície de cilindros de laminação
• Máquina perfiladeira de slides de gaveta
• Calendário

Notas

Bibliografia

• Degarmo, E. Paul; Black, JT.; Kohser, Ronald A. (2003), Materiais e Processos na Manufatura (9ª ed.), Wiley, ISBN 978-0-471-65653-1.
• Roberts, William L. (1978), Laminação a frio de aço , Marcel Dekker, ISBN 978-0-8247-6780-8.
• Roberts, William L. (1983), Hot Rolling of Steel , Marcel Dekker, ISBN 978-0-8247-1345-4.
• Doege, E.; Behrens, B.-A.: Handbuch Umformtechnik: Grundlagen, Technologien, Maschinen (em alemão), 2ª Edição, Springer Verlag, 2010, ISBN 978-3-642-04248-5 

Leitura adicional

• Ginzburg, Vladimir B.; Ballas, Robert (2000), Fundamentos Flat Rolling , CRC Press, ISBN 978-0-8247-8894-0.
• Lee, Youngseog (2004), Rod and bar rolling , CRC Press, ISBN 978-0-8247-5649-9.
• Swank, James M. (1965), História da Fabricação de Ferro em Todas as Idades (2ª ed.), Ayer Publishing, ISBN 978-0-8337-3463-1.
• Reed-Hill, Robert, et ai. "Physical Metallurgy Principles" , 3ª Edição, publicação PWS, Boston, 1991. ISBN 978-0-534-92173-6 . 
• Callister Jr., William D., "Ciência de Materiais e Engenharia - uma Introdução" , 6ª Edição, John Wiley & Sons, Nova York, NY, 2003. ISBN 0-471-13576-3 
• Suhel khan pathan,IJSRDV5I70206 "Máquina de rolamento de três rolos" (IJSRD/Vol 5/edição 07/2017/270). ISSN 2321-0613 

Links externos

• História dos laminadores