CET246 - 8 -Laminaçãoss

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CET246 – Processos de Fabricação
Prof. Adelson Ribeiro de Almeida Jr.
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
Bacharelado de Ciências Exatas e Tecnológicas
Engenharia Mecânica
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Neste processo de conformação mecânica o metal é forçado a passar entre dois cilindros, girando em sentido oposto, com a mesma velocidade superficial, distanciados entre si a uma distância menor que o valor da espessura da peça a ser deformada.
Laminação - Conceito 
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Laminação - Processo
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	Considere um processo de laminação a frio de uma chapa de aço. Neste processo é necessário o controle sobre as dimensões e propriedades mecânicas do produto laminado. Para a liga em questão (no estado recozido) vale a relação:
Y (Ɛ) = 480 . Ɛ 0,2 Mpa
Onde Y é a tensão de escoamento após uma deformação definida pela expressão:
Ɛ = ln Ei /Ef
Considere que a espessura inicial da placa é de 100mm.
a) Estime a tensão de escoamento resultante de uma deformação verdadeira de 20%, bem como a espessura da chapa obtida. 
b) Descreva um procedimento adequado para que se obtenha um produto final com espessura de 5 mm. A cada 15% de deformação é necessário um recozimento para a manutenção da integridade da chapa. O equipamento só permite o emprego de uma tensão de escoamento de 200 MPa.
	Para cada aço abaixo, elabore um trem de laminação para laminados a quente (produtos recozidos), e outro para laminados a frio (produtos encruados). As chapas entram no trem com 20 mm de espessura e devem sair com 0,5 mm; cada redução é feita com no máximo 300 Mpa devido a limitações (diâmetro do cilindro - ângulo de mordida, potencia dos motores, etc.) ; considere os valores de n (encruamento) iguais a 0,47, 0,32 e 0,18, respectivamente.
 
Laminação
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Fundamentos
	Processo de conformação mecânica
	Consiste em modificar a seção transversal de um metal na forma de barra, lingote, placa, fio, ou tira, etc.,
	Através da passagem entre dois cilindros
	Retilíneos (laminação de produtos planos)
	Canais entalhados (laminação de produtos não planos)
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Laminação - Introdução 
Os processos de conformação podem ser realizados a frio ou a quente. Efeito da temperatura na estrutura metálica:
	 Trabalho a quente permite menor esforço mecânico, máquinas são de menor capacidade que no trabalho a frio;
	 A quente, a estrutura do metal é refinada melhorando a tenacidade. O trabalho a frio deforma a estrutura, alterando as propriedades mecânicas;
	 O trabalho a quente melhora a tenacidade porque além de refinar a estrutura elimina a porosidade e segrega impurezas;
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	O trabalho a quente deforma mais que o a frio, devido a continuada recristalização;
	O trabalho a quente exige ferramental de material de boa resistência ao calor – afeta o custo;
	 Outra desvantagem do trabalho a quente é a formação de oxidação;
	 Também não permite obtenção de dimensões dentro de estreitas tolerâncias;
	Trabalho a frio produz melhor acabamento superficial.
Laminação - Introdução 
(continuação)
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	O trabalho mecânico além do efeito de encruamento (realizado a frio) pode produzir outras anomalias. Ex: casca de laranja e linhas de Luder ou de distensão.
	Casca de laranja – resulta de estampagem de chapas, relacionado com o tamanho de grão do material. Superfície rugosa
	Linhas de Luder ou de distensão – ocorre em chapas de baixo carbono, material deformado na faixa de escoamento. Solução é submeter a chapa antes a laminação a frio, para não formar as linhas de distensão.
Laminação - Introdução 
(continuação)
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Ao passar entre os cilindros, o metal sofre deformação plástica, a espessura é reduzida, e o comprimento e a largura são aumentados.
Pela laminação o perfil obtido pode ser definido e a peça resultante pronta para ser usadas; exemplos: trilhos, vigas.
Nas condições normais, o resultado principal da redução de espessura do metal é seu alongamento, visto que seu alargamento é relativamente pequeno e pode ser desprezado
Laminação - Conceito 
(continuação)
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Tudo inicia na fundição. São fundidas as peças em formatos de placas, blocos ou tarugos e depois serão conformadas pelo processo de laminação.
Laminação - Conceito 
(continuação)
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Elimina-se a superfície das mesmas por usinagem (fresamento), retirando qualquer tipo de impureza superficial resultante da solidificação e oxidação superficial, descasca-se o metal. Corta-se a ponta inferior e a última região de solifidificação (segregação), formando assim um bloco homogêneo e maciço, sem impurezas e/ou falhas. Este bloco passa por dois cilindros giratórios, que giram em sentidos contrários com a mesma velocidade, esmagando o metal e fazendo-o diminuir de espessura, deixando-o mais fino, e aumentando seu tamanho ou comprimento. 
Laminação - Conceito 
(continuação)
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Isto pode ser repetido inúmeras vezes até se chegar a espessura desejada, cada vez que isso ocorre é chamado de passe de laminação e cada vez que o metal recebe um passe de laminação ele se deforma plasticamente.
 
Laminação - Processo
(continuação)
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Devido ao tamanho do bloco e de suas características metalúrgicas, realiza-se um tratamento térmico de homogeinização estrutural antes da laminação, para reduzir os esforços necessários para a sua deformação. Para as ligas de alumínio a temperatura de laminação depende da liga a ser deformada, mas é comum dizer que ela está na ordem de 400 a 540º Celsius (60 a 75% da temperatura de fusão), quando a laminação for a quente, por exemplo.
Laminação - Processo
(continuação)
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O nome da máquina que realiza o trabalho de laminação é o Laminador, ele pode ser usado sozinho ou ser usado em grupo e todos alinhados, quando estão dispostos desta forma são chamados de Trem de Laminação, onde cada um é responsável por realizar um passe de laminação, aumentando a produção e tornando o processo contínuo 
Laminação - Equipamento
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Laminação a quente
Parte-se de blocos maciços e espessos, são aquecidos e deformados plasticamente sob altas tensões e temperaturas, onde para o alumínio, por exemplo, na ordem de 350º Celsius (Temperatura de Recristalização), pelo esmagamento por compressão por cilindros laminadores lubrificados, reduzindo-se desta forma a sua espessura em diversos passes de laminação (+/- 50% por vez, a cada passe). Nesta etapa do processo deseja-se uma redução maior redução da espessura do bloco e por consequência obtem-se um aumento de comprimento. A laminação a quente permite uma maior deformação. 
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Laminação a quente
(continuação)
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Compressão de rolos laminadores: comprime-se o material, só que agora a frio (temperatura ambiente, ou abaixo da temperatura de recristalização), para dar-lhe as características de resistência mecânica desejada e acabamento superficial final, com isso, consegue uma excelente superfície de laminada. 
Laminação a frio
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A laminação a quente transforma a estrutura metalúrgica da fundição (bruta de fusão, que é uma estrutura ruim e fragilizada), refina e alonga o grão do metal na laminação, melhorando as suas propriedades mecânicas e metalúrgicas, principalmente no sentido da laminação. 
Laminação a frio
(continuação)
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Resumidamente, as principais características metalúrgicas afetadas pela laminação são: o tamanho do grão, o alinhamento destes, a textura, a resistência mecânica, a estabilidade térmica, a tendência a recristalização, a trabalhabilidade a frio, e o acabamento superficial. 
Laminação a frio
(continuação)
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O processo de laminação não é um processo simples de ser projetado, ajustado e colocado em campanha produtiva, pois diversos fatores devem ser avaliados, tais como: Definição do correto processo de laminação, Tipos de laminadores a serem utilizados, Aspectos metalúrgicos a serem considerados, as Relações geométricas na laminação (Região de Deformação, Coeficientes de Deformação, Arco de Contato, Ângulo de contato ou mordida, Fatores geométricos que afetam a mordida e o arraste, o Ângulo neutro e Planoe neutro e de Deslizamento).
Laminação a frio
(continuação)
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Ainda tem: a Mordida do esboço pelos cilindros, a Carga de laminação, o alargamento na laminação, a Velocidade de deformação, o Cálculo da resistência à deformação a quente e a frio, a Lubrificação, o Atrito, a Instrumentação necessária para controle do processo produtivo, a Medição da espessura e largura, a Medição das forças e esforços envolvidos, a Medição e controle da temperatura, da Velocidade de trabalho e da planicidade da chapa, bem como, a quantidade de recozimentos necessários e a correta determinação de onde eles devem estar inseridos.
Laminação a frio
(continuação)
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Aplicações
Um dos produtos finais da laminação são as chamadas chapas laminadas. Estas chapas possuem uma ampla aplicação na vida moderna, sua utilização vai desde:
 Linha Automotiva até a Construção Civil, passando por, Luminárias, Tanques, Painéis Decorativos, Etiquetas, Utensílios Domésticos, Barramentos, Isolantes Térmicos, Latas para Bebidas, Telhas, Forros, Barcos, Persianas, Pisos, Silos, dentre tantos outros.
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Chapas laminadas de alumínio são facilmente encontradas em indústrias, protegendo e recobrindo máquinas e equipamentos, em ambientes agressivos aos metais em geral. 
Por não ser tóxico, encontram-se protegendo e embalando alimentos, desde marmitas até embalagens finas como tampas de potes de iogurte.
Maior parte das panelas são feitas com chapas de alumínio laminadas, isso deve-se a propriedade que o metal possuir de alta condutibilidade térmica.
Aplicações (continuação)
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Classificação do acabamento
Os possíveis acabamentos superficiais dos produtos laminados estão diretamente relacionados a rugosidade dos cilindros laminadores. Pode-se classificar os acabamentos como: Chapa com acabamento comum, Chapa com acabamento brilhante (que pode ser de um lado ou dos dois lados da chapa), e Chapa com acabamento fosco.
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Defeitos básicos do processo
Vazios: São locais onde aparecem "buracos" no produto laminado, este defeito pode ser oriundo de rechupes ou dos gases retidos no metal, quando da sua fundição. Este tipo de defeito reduz a resistência mecânica do produto.
 Gotas Frias: São os pingos de metal que se solidificam na parede da lingoteira, durante o vazamento do metal na fundição e quando o líquido chega neste ponto para preencher e formar o bloco que será laminado, adere ao mesmo e forma o defeito. 
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Trincas: São rachaduras que aparecem nas peças laminadas, são oriundas principalmente de temperaturas inadequadas quando o metal é laminado.
Dobras: São oriundas de reduções de espessura muito elevadas.
Defeitos básicos do processo
(continuação)
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Inclusões: São oriundas do processo de fundição, normalmente são óxidos, cinzas, escórias, pedaços da parede do forno de fundição, ou qualquer outro tipo de contaminação sólida inadequada no metal a ser laminado. Normalmente são óxidos metálicos e por serem muito mais duros que os rolos laminadores acabam danificando-os. 
Defeitos básicos do processo
(continuação)
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	Alta produtividade
	Controle dimensional do produto acabado que pode ser bastante preciso.
	Processo primário
	Matéria prima para outros processos
	Muito utilizado
Laminação: Uso e Vantagens 
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Etapas da Laminação
	Desbaste inicial dos lingotes em blocos, tarugos ou placas
	realizada normalmente por laminação a quente. 
	Nova etapa de laminação a quente para transformar o produto em chapas grossas, tiras a quente, vergalhões, barras, tubos, trilhos ou perfis estruturais. 
	Laminação a frio produz tiras a frio 
	excelente acabamento superficial
	boas propriedades mecânicas
	controle dimensional do produto final bastante rigoroso. 
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Laminadores 
	Um laminador consiste:
	cilindros (ou rolos),
	mancais,
	uma carcaça chamada de gaiola ou quadro para fixar estas partes
	motor para fornecer potência aos cilindros e controlar a velocidade de rotação. 
	As forças envolvidas na laminação podem facilmente atingir milhares de toneladas, portanto é necessária uma construção bastante rígida, além de motores muito potentes para fornecer a potência necessária. 
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Imagem:
Divulgação de marca (TATA Steel)
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link
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Imagem:
Divulgação de marca (CORUS – Steel Rolling)
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Laminador
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Laminador de rosca
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Laminador de engrenagem
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Características
	A seção transversal do metal é reduzida em duas direções;
	A cada passe o metal é comprimido somente em uma direção;
	O metal se expande muito mais na laminação a quente de barras do que na laminação a frio de folhas;
	O planejamento dos passes para perfis estruturais é muito complexo e requer bastante experiência. 
	Laminadores de barras são equipados com:
	Guias para conduzir o tarugo para as ranhuras;
	Repetidores para inverter a direção da barra e conduzi-la para o próximo passe. 
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Processamento Termomecânico
	È a técnica desenvolvida para melhorar as propriedades mecânicas dos materiais através do controle do processo de deformação à quente. São exemplos de processamentos termomecânicos:
	Laminação a quente;
	Forjamento a quente.
	Economizam energia na produção do aço pela minimização ou eliminação do tratamento térmico após deformação à quente
	Aumentam a produtividade na fabricação de aços de maior resistência.
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	Uma mudança na organização química do aço;
	Aumento na produtividade do processo de deformação à quente;
	Tornam possíveis reduções na quantidade total de elementos de liga;
	Melhoram a soldabilidade;
	Aumentam a tenacidade; 
	Produzem novas e benéficas características no aço.
Os tratamentos termomecânicos ocasionam:
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FORÇAS E RELAÇÕES
	Na laminação a passagem da peça pelos cilíndricos ocorre através da ação da força de atrito que atua na superfície de contato entre peças e os cilíndricos. Essa força é proporcional ao ângulo de contato.
	O volume do material se mantem praticamente constante; pois, a variação de volume por eliminação de “microbolhas” é desprezível;
	Volume Entrada = Volume de Saída
RELAÇÕES E FORÇAS
RELAÇÕES E FORÇAS
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Trem de laminação
Relações geométricas na laminação 
Força de Laminação
(N.mm)
(mW)
Relações geométricas na laminação 
Relações geométricas na laminação 
Exercícios
Exercícios