204092-PMM2-Laminação de Metais

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Bibliografia
• Pela força aplicada: compressão direta e indireta, trativos,
dobramento e cisalhamento
Classificação dos processos de conformação
• Variação relativa da espessura da peça:
– Deformação maciça ou volumétrica;
– Conformação de chapas.
• Regime de operação:
– Estacionário: ex.: laminação e trefilação;
– Não estacionário: forjamento e maior parte das operações com 
chapas 
• Objetivo da deformação:
– Processo primário (desbastador);
– Processo secundário (acabador).
Classificação dos processos de conformação
Siderurgia e Laminação
Máquina
de Cintar
Conjunto
Universal
Fornos de
Reaquecimento
Serra Fixa
Serra Móvel
Desbastador
Descarepador
Mesas
de Carga
Serra a Frio
Balança Estocagem de Perfis
Prensa
Expedição
Desempenadeira
Horizontal
Leito de Transferência
e Refriamento
Máquina de 
Empilhamento
DEFINIÇÕES
PERFIL 
PULTRUDADO
Processo no qual modifica-se a geometria/dimensões de 
um corpo metálico pela passagem entre dois cilindros 
laminadores.
DIMINUIÇÃO DA SEÇÃO
As deformações plásticas são provocadas pela 
pressão dos cilindros sobre o material
ARRASTE PELO ATRITO
AUMENTO DO COMPRIMENTO
• Processo que modifica seção transversal pela passagem 
entre dois cilindros com geratriz retilínea (planos) ou com 
canais entalhados de forma mais ou menos complexa (não 
planos).
– Processo mais utilizado alta produtividade e 
preciso controle dimensional do produto;
– Material tensões compressivas elevadas (ação de 
prensagem dos rolos) e tensões cisalhantes superficiais 
(atrito entre rolos e material).
DEFINIÇÕES
CLASSIFICAÇÃO
Como eles fazem isso ?
• preparação, “desbaste”
• grandes deformações
• grandes dimensões
• geometrias complexas
• produtos semi-acabados
• Matéria-prima: lingotes fundidos, 
placas e tarugos lingotados, laminados
LAMINAÇÃO A QUENTE
LAMINAÇÃO A FRIO
• operações de acabamento
• pequenas deformações
• superfícies regulares
• produtos acabados
• Matéria-prima: chapas e barras 
laminadas a quente
8
DESBASTE E ACABAMENTO
Laminação 
a quente
Laminação 
a frio
MECÂNICA DA LAMINAÇÃO
➢ Cilindros de diâmetros menores:
• Área de contato menor; 
• Força de separação menor; 
• Forças de atrito menores; 
• Maior rigidez e precisão; 
• Aplicação nos quádruos e múltiplos. 
➢ Carga de laminação: força de separação / pela área de 
contato Tensão de laminação.
➢ Defeitos em produtos laminados:
• desvios de forma;
• trincas, fissuras, cascas, carepas (defeitos superficiais);
• trincas, escamas (defeitos internos).
LAMINADOR
Vista lateral de quadros
fechados e abertos.
Partes do cilindro 
de laminação.
• duo, duo reversível: usado na LQ para 
“desbaste”de lingotes e para esboço;
TIPOS DE LAMINADORES
• universal: é formado por um conjunto de cilindros
horizontais e outro vertical, e se destinam a produção de
placas que necessitam de bordas laminadas;
TIPOS DE LAMINADORES
Conjunto Universal – Sistema X-H
• Menor ciclo de laminação;
• Maior produtividade;
• Temperaturas mais altas de 
laminação;
• Laminados de maior 
comprimento;
• Melhor rendimento;
• Maior eficiência nos passes 
iniciais.
Conjunto Universal – Sistema X-H
1 UNIVERSAL 2 EDGER 3 UNIVERSAL
15
• Sendzimir: usado na LF para chapas finas
Sistema de troca 
rápida de cilindros
(1 a 2 minutos)
“Cartuchos” inseridos hidraulicamente
TIPOS DE LAMINADORES
16
• Mannesmann: usado na LQ e LF de tubos
sem costura, com o uso de mandris;
Tubos com diâmetro interno
entre 57 e 426 mm e com
espessura entre 3 e 30 mm.
TIPOS DE LAMINADORES
TIPOS DE LAMINADORES
18
Tubos com diâmetro interno entre
10 e 114 mm e espessura de
parede entre 2 e 5 mm.
• Seqüencial: usado na LQ e LF de perfis e
tubos com costura a partir de tiras.
TIPOS DE LAMINADORES
EXEMPLOS DE PROCESSOS DE LAMINAÇÃO
Cilindro com facas de corte longitudinal
20
Laminador seqüencial de perfis
EXEMPLOS DE PROCESSOS DE LAMINAÇÃO
Cilindro para laminação de piso
EXEMPLOS DE PROCESSOS DE LAMINAÇÃO
MECÂNICA DA LAMINAÇÃO
• Arco de contato (L);
• Esforço predominante: compressão direta;
• Ponto neutro (N): pressão máxima dos cilindros 
sobre a peça;
• Ângulo de laminação (): ângulo de contato,
ângulo de mordida ou ângulo de ataque;
• Forças de atrito (F): no sentido da laminação até 
o ponto neutro e contrário a partir dele;
tendência de movimento para trás e 
para frente da peça a laminar.
23
MECÂNICA DA LAMINAÇÃO
RELAÇÕES GEOMÉTRICAS NA LAMINAÇÃO
Ponto neutro: ponto onde não ocorre
deslizamento.
Antes do ponto neutro: Fat na direção do 
movimento
Após o ponto neutro: Fat na direção contrária 
a do movimento
ffoo .vb.hb.h.v.vb.h ==
chapacilindro VV .sup=
chapacilindro VV .sup
chapacilindro VV .sup
• Comprimento do arco de contato (Lp):
( )
( ) 2
1
2
4 






 −
−−=
fo
fop
hh
hhRL
( )  hRhhRL fop − .2
1
R
h
hR
arcsen
4
2
−
=
R
h
hR
arcsenRL
4
.
2
−
=
• Ângulo de mordida () e arco de contato (L):
RELAÇÕES GEOMÉTRICAS NA LAMINAÇÃO
• Condição de entrada nos rolos:
 sincos rPF =



tan
cos
sin
==
rP
F
Condição de MORDIDA →
Condição de ARRASTE →
 arctan
 arctan2
RELAÇÕES GEOMÉTRICAS NA LAMINAÇÃO
• Deformação e redução:
- deformação na espessura:
- redução:
• Redução por passe e fator Delta ():
- há uma mínima redução por passe a ser obtida de modo a evitar o
surgimento de deformação heterogênea e alta tensão residual (>1).
( )fo hh −= ln
( )
o
fo
h
hh
r
−
=






−
=
r1
1
ln
P
fo
L
hh





 +
=
2
RELAÇÕES GEOMÉTRICAS NA LAMINAÇÃO
Ângulo Neutro ()
• O ângulo neutro é função do atrito () entre cilindros e
material, da redução aplicada (h) e do diâmetro (D) dos
cilindros de trabalho;
• Equações do ângulo neutro:
- Wusatowski:
- Dieter:
- Ekelund:





 
−

=
D
h
D
h
2
1
2 

2
2
1
2






−=











 −
−=



2
cos1
2
sen
arcsen
Espessuras Limites
• Em chapas muito finas ocorrem apenas deformações
elásticas (aumento de carga sem deformação plástica).
• Espessuras limites:
→ espessura mínima redutível (hmrt): mínima espessura que é
reduzida por laminação;
→ espessura mínima obtível (hmob): espessura mínima obtida a
partir de determinada espessura de entrada em único passe.
• Na condição de mordida:
Rh .2
.max  Rhhmob o .2−
Equações para cálculo de hmrt
• Stones:
• Tong/Sachs:
• Ford/Alexander:
D = diâmetro dos cilindros de trabalho;
 = coeficiente de atrito entre os cilindros e o metal;
1 = tensão média aplicada na tira;
E = módulo de elasticidade dos cilindros de trabalho.
• Obtenção de tiras muito finas deve-se adotar:
- menor diâmetro dos cilindros de trabalho;
- diminuição do atrito cilindro/tira;
- aumento das tensões avante e a ré;
- aumento da rigidez dos cilindros de trabalho.
E
D
h cmrt
).(..58,3 1 −
=
o
c
mrt
E
C
C
D
h 


3
2
;
)1(16
.).(..78,0
2
1
=
−
=
−
= ;
).(
)1.(.
)..11,753,4( 1
2


 −
−
+= cmrt
E
D
h
Deformação dos cilindros
• Equação de Hitchcock:
• Torque de Laminação:
• Potência de Laminação:







+=
hb
PC
RR
.
.
1'
E
C
.
)1.(16 2

−
=
xPM t ..2=
000.60
....2 nP
N
Lp

=
→ Arco de contato, mostrando
os momentos nas alongas dos
cilindros de trabalho.
Controle da Espessura
AGC “Automatic Gage Control”
Módulo de rigidez do laminador (K): K = tan 
Laminador com deformações 
elásticas dos componentes:
• C1 - colunas;
• C2 e C4 - travessões superior 
e inferior;
• C3 - parafusos; e
• C5 - cilindros.
Evolução da luz do 
laminador no processo de 
laminação.
Controle da Espessura
Curva plástica do laminado 
superposta à curva elástica
do laminador; x abertura inicial 
entre cilindros de trabalho, 
ordenadas cargas e abcissas 
espessuras.
Controle do AGC com
variação da espessura
inicial.
Deflexão dos Cilindros e sua Compensação
Controledo AGC, com
variações nas condições de
lubrificação, microestrutura do
laminado ou na temperatura.
Deflexão dos cilindros de
trabalho em serviço.
Deflexão dos Cilindros e sua Compensação
Sistema "Sumitomo VC";
Sistema hidráulico de
compensação de
coroa.
Sistema "Sumitomo
VC" de compensação
de coroa.
Processo "CVC"(Continuously Variable Crown):
Processo "HC - Mill";
Laminador quádruo convencional cilindro intermediário
capaz de movimentar-se axialmente, em direções
opostas.
Equivale a laminador convencional de rigidez infinita.
Cilindros de trabalho podem ter menores diâmetros.
Elimina necessidade de coroamento mecânico dos cilindros e
formação de cones de laminação.
Processo "CVC" de
compensação de
coroa.
Deflexão dos Cilindros e sua Compensação
Deflexão dos Cilindros e Defeitos de Laminação
• Os cilindros de laminação funcionam como vigas fixas nas suas duas 
extremidades com uma carga na sua região central:
• Esta situação acarreta alguns defeitos no produto laminado:
- espessura não uniforme;
- ondulação nas bordas; e
- ranhuras transversais no centro da borda (tensões trativas no centro).
Deflexão dos Cilindros e Defeitos de Laminação
Deflexão dos Cilindros e Defeitos de Laminação
Importância dos Cilindros de Encosto
• Os defeitos apresentados anteriormente são mais acentuados quando são 
laminadas chapas mais finas devido às elevadas cargas necessárias à 
conformação e ao uso de cilindros de pequenos diâmetros;
• O uso de cilindros de encosto diminui os referidos defeitos.
Trabalho a Quente e a Frio
❑ A Quente  Deformação acima de TRecristalização
❑A Frio  Deformação abaixo de TRecristalização
T
ra
b
a
lh
o
 a
 f
ri
o
T
ra
b
a
lh
o
 a
 q
u
e
n
te
Processos difusivos (~ 0,4 Tm)
▪ Os efeitos do encruamento são compensados por processos
dinâmicos e estáticos (que mantêm o metal dúctil).
▪
▪ O limite inferior geralmente fica em 0,6 Tm.
▪ Os efeitos do encruamento predominam. Em baixa EDE,
mecanismos de recuperação envolvem movimento de defeitos
pontuais. Em alta EDE é possível ocorrência de rearranjo de
subestruturas de discordâncias.
▪ Limite superior (0,3 Tm).
0,1 Tm
0,2 Tm
0,3 Tm
0,4 Tm
0,5 Tm
0,6 Tm
0,7 Tm
0,8 Tm
0,9 Tm
Trabalho
a morno
Na prática o intervalo de temperaturas é dividido entre frio, morno e quente.
Ferrou!
Trabalho a Quente
Trabalho a Quente
- Mecanismos de restauração possíveis (recuperação e recristalização):
(a) durante a laminação (baixas deformações)
para metais de alta EDE;
(b) durante a laminação para metais de baixa
EDE;
(c) durante a extrusão (altas deformações)
para metais de alta EDE;
(d) durante a extrusão para metais de baixa
EDE.
( )















=





 −
−=
==
=
•
−
•
=
1
0
_
101
_
ln1209,0
1
0
;
2
1cos
60
2
ln
3
2
h
h
W
eR
hh
W
tgeometriaft
t
e
h
h

h0
h1
h
lD
Parâmetros do processamento por laminação a quente 
Onde: W é a velocidade angular(°/s) e R o raio do cilindro
• Cálculo da taxa de deformação durante a laminação de chapas a
quente :
• Valores de coeficiente de atrito  para diferentes processos de conformação
em função de alguns grupos de materiais:
Parâmetros do processamento por laminação a quente 
Forças na laminação
b
Ld
h
Onde
_
0
:

( ) 





−





= hRbe
q
P q 1
1
3
2
0
hRLp
Lp
q
h
=

=
_

Limite de escoamento do material
Espessura média entre a entrada e a saída dos cilindros
Comprimento projetado do arco de contato
Largura do material
Pressões da laminação Lpb
P
pl

=
Parâmetros do processamento por laminação a quente 
1 – Uma chapa grossa de aço de espessura 46 mm, deve ser processada
termomecanicamente mediante laminação controlada de modo a obter uma redução
de 34,38%, após a primeira deformação.
a) Determine o ângulo de laminação para essa operação de desbaste, sabendo que o
cilindro tem diâmetro 1,5m.
b) Determine a redução total (após concluída todos os passes de deformações) para
obter uma espessura de 3mm após a última deformação de acabamento.
Exercícios
2 – Uma chapa grossa de aço ARBL (alta resistência e baixa liga), de espessura 42 mm, deve ser
processada termomecanicamente mediante laminação controlada, constituída por sete deformações
consecutivas, de modo a obter uma redução total de 82% após a última deformação.
a) Sabendo que as deformações efetivas são: 0,4; 0,4; 0,3 e 0,3, nas primeiras quatro operações de
desbaste, respectivamente, e que a deformação efetiva nas três operações de acabamento é de 0,2.
Determine a redução de espessura resultante em cada uma das deformações de desbaste e de
acabamento.
b) Determine o ângulo de laminação para cada uma das deformações, sabendo que o cilindro é de diâmetro
1,5m.
c)- Calcule a força de laminação em cada operação, sabendo que o limite de escoamento do material é de
480MPa.
d) Sabendo que a taxa de deformação em cada cadeira é aquela indicada na tabela a seguir, determine a
velocidade angular (°/s) em cada uma das operações de deformação previamente calculadas.
Cadeira de 
laminação
(s-1)
1 0,4
2 0,5
3 0,6
4 0,7
5 0,8
6 0,9
7 1,0
( )















=





 −
−=
==
=
•
−
•
=
1
0
_
101
_
ln1209,0
1
0
;
2
1cos
60
2
ln
3
2
h
h
W
eR
hh
W
tgeometriaft
t
e
h
h
Exercícios