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Academic year: 2022

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PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO

- Laminação

Prof. Almir Turazi, Dr.Eng. 2017/2

TÉCNICO EM MECÂNICA Módulo 4

almir.turazi@ifsc.edu.br

A conformação mecânica é um conjunto de processos de manufatura que usa a deformação plástica para mudar a forma do metal.

A deformação é resultado do uso de uma ferramenta, geralmente uma matriz, que aplica tensões que excedem o limite de escoamentodo metal.

CONFORMAÇÃO MECÂNICA

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CONFORMAÇÃO MECÂNICA

3 Deformação

Elástica Deformação

Plástica

CONFORMAÇÃO MECÂNICA

Qual o material mais dúctil?

Qual material possui maior limite de escoamanto?

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Tipos de esforços aplicados:

Processo de compressão direta Laminação e forjamento

Processo de compressão indireta Trefilação, extrusão e

estampagem (embutimento)

Processo de tração Estiramento

Processo de dobramento Dobramento

Processo de cisalhamento

Corte (cisalhamento) 5

Categorias principais:

6

Processos de conformação volumétrica

Processos de conformação de chapas

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- Trabalho a frio - Trabalho a morno - Trabalho a quente

Classificação em função da temperatura:

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 Trabalho a quente - geralmente acima de 0,5Tf

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Temperatura Homóloga:

𝑇 𝐻 = 𝑇 𝑇 𝑇 𝑓

TH= temperatura homóloga TT= temperatura de trabalho Tf = temperatura de fusão

Trabalho a frio:

– Realizada a temperatura ambiente;

– Maior precisão – Melhor acabamento

– Maior dureza e resistência mecânica

– Sem aquecimento/ economia de combustível e equipamento

Classificação em função da temperatura:

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Trabalho a quente:

– Alta capacidade de deformação plástica;

– Forças e potências mais baixas são necessárias;

– Conformação de metais duros;

– Menor precisão dimensional

Classificação em função da temperatura:

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• Recuperação?

• Recristalização?

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Encruamento ocorre quando os grãos e os contornos de grão do material são deformados plasticamente (metal deformado a frio).

Essa deformação faz aumentar a resistência mecânica do material e diminuir a sua ductilidade devido ao surgimento de tensões internas no material e a multiplicação de defeitos cristalinos dentro do material.

Sem conformação mecânica

Conformado mecanicamente a frio (encruado)

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A recuperação é um fenômeno que ocorre quando o material é aquecido a temperaturas inferiores a temperatura de recristalização do metal.

A recuperação, num material encruado, faz o nível de discordâncias reduzir, mas os grãos permanecem deformados.

A recuperação ocorre durante o trabalho a morno. 15

Na recristalização há a eliminação do excesso de defeitos cristalinos, a substituição dos grãos irregulares para grão equiaxiais e as tensões internas do material são reduzidas.

A recristalização ocorre a temperaturas mais altas que a

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Ilustração esquemática do efeito da recuperação, recristalização e crescimento de grão nas propriedades mecânicas, na forma e no tamanho dos grãos. 17

Classificação Processos de Fabricação

Processos de Fabricação

Com remoção de cavaco Sem remoção de cavaco

Usinagem Conformação

Mecânica

Soldagem

Fundição

Metalurgia do

Laminação Forjamento Extrusão Trefilação Estampagem

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LAMINAÇÃO

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A laminação é um processo de conformação mecânica pelo qual um lingote de metal é forçado a passar entre dois cilindros que giram em sentidos opostos, com a mesma velocidade.

Assim consegue-se a redução da espessura do metal a cada passe de laminação.

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Componentes do laminador

Cilindrosrealizam a conformação.

Mancaisservem de apoio aos cilindros.

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Componentes do cilindro de laminação

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O cilindro

Os cilindros de laminação são de aço fundido ou forjado, ou de ferro fundido.

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Durante a laminação, raramente passa-se o material somente uma vez entre os cilindros de laminação, pois, a redução de área almejada não pode ser conseguida em um só passe.

Assim, o equipamento de laminação deve ser capaz de submeter o material a uma sequencia de passes.

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O cilindro

Quando este equipamento consiste em somente um conjunto de cilindros, isto pode ser conseguido de duas formas:

1. Variando-se a distância entre os cilindros entre cada passe;

2. Ou variando-se o diâmetro do cilindro ao longo de seu comprimento (abaixo).

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Quando é possível a colocação de vários conjuntos de cilindros temos o trem de laminação, permitindo alta produtividade.

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Ao passar entre os cilindros, o material sofre deformação plástica.

Por causa disso, ele tem uma redução da espessura e um aumento na largura e no comprimento.

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(vídeo: laminação)

A matéria prima para o processo de laminação provém do lingotamento a partir da aciaria.

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Este lingotamento pode ser do tipo contínuo, ou convencional (produção de lingotes).

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Lingotamento convencional + laminação

Rendimento 80 - 88%

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O processo de laminação se subdivide em dois tipos:

Laminação a quente e

Laminação a frio

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Laminação a quente

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A figura abaixo mostra esquematicamente um trem contínuo de laminação.

Após a laminação o material é decapado, recebe spray de óleo, e é bobinado à quente, indo a seguir para o mercado ou para a laminação a frio.

Vídeo: Processo de Laminação a quente

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1 2

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41

Características

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A laminação a quente ocorre antes da laminação a frio e é usada para:

• Preparação, “desbaste” (redução de área de até 30%);

• Grandes deformações;

• Grandes dimensões;

• Geometrias complexas;

• Produtos semi-acabados.

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ESTRUTURA

Fornos de aquecimento e reaquecimento dos lingotes

Sistemas de roletes para deslocar os produtos

Mesas de elevação e basculamento

Laminador (conjunto de laminadores)

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Laminação a frio

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Os materiais de partida para a produção de tiras de aço laminadas a frio são as bobinas a quente decapadas, resultantes dos trens contínuos de laminação.

Vídeo: Processo de Laminação a frio 47

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Características da laminação a frio

Vantagens, em relação a laminação a quente

• Melhor acabamento superficial

• Tolerâncias dimensionais superiores

Normalmente, a porcentagem de redução menor é feita no último passe para permitir um melhor controle do aplainamento, bitola e acabamento superficial.

Máquinas para execução de trabalhos a frio devem exercer esforços mecânicos muito maiores do que as projetadas para trabalhos a quente. 50

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Aplicações

A laminação a frio é usada para:

• Operações de acabamento (redução de área menor que 15%);

• Pequenas deformações;

• Boas tolerâncias dimensionais;

• Aumento do limite de escoamento por encruamento

• Produtos acabados. 51

Aplicações

A laminação a frio se aplica a metais de fácil conformação em temperatura ambiente, o que é mais econômico.

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Produtos que podem ser obtidos pelo processo de laminação

(laminação a quente e a frio):

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Terminologia

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Tipos de laminadores

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Laminador Duo

Para a produção de chapas grossas ou lingotes grandes.58

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Laminador Trio

Vantagem: não é necessária a reversão do sentido de rotação dos cilindros.

Normalmente o cilindro intermediário é fixo e a regulagem do passe é efetuada através do deslocamento dos cilindros superior e inferior.

Usado para desbaste de lingotes pequenos e tarugos. 62

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Laminador Quádruo

Quando são laminadas

chapas largas nos

laminadores duo, os cilindros são submetidos às tensões devido a resistência do metal à deformação, que geram a flexão dos cilindros e, por consequência levam à obtenção de um produto final mais espesso no centro do

que nas bordas. Para evitar ou reduzir este problema, foi criado o laminador quádruo. 63

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Laminador 6Hi e 5Hi

Estes tipos de arranjos são utilizados nos laminadores de encruamento para chapa de aço

laminadas a frio e na laminação a frio de folhas de alumínio.

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Laminadores Universais

Aplicado como laminadores desbastadores para laminação

de placas ou perfis a partir de

lingotes.

Possui quatro cilindros combinados: 66

dois cilindros na horizontal e dois na vertical

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Laminadores Universais

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Laminador com cilindros agrupados

Usado quando a flexão dos cilindros for muito grande, pois as altas tensões produzidas podem

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Laminador com cilindros agrupados

Usado para a laminação a frio e de acabamento para produtos para os quais se

requer tolerâncias

dimensionais e de forma mais estreitas.

Muito aplicado na laminação de aços inoxidáveis.

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Laminador de tubos sem costura

Processo Manesmann:

Essa operação é realizada a quente (1200 - 1300oC).

Dimensões dos tubos:

Øext 60 - 660mm

Espessura 3– 125mm Comprimento de até 28m.

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Laminador Planetário de barras

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Laminação de perfis a partir de tarugos

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Laminação de perfis a partir de chapas

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Laminação de tubos com costura a partir de chapas

Tubos com diâmetro interno entre 10 e 114 mm e espessura de parede entre 2 e 5 mm

Vídeos: CST LAMINAÇÃO

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Defeitos

Vazios: podem ter origem nos rechupes ou nos gases retidos durante a solidificação do lingote.

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Defeitos

Gotas frias: são respingos de metal que se solidificam nas paredes da lingoteira durante o vazamento.

Posteriormente, eles se agregam ao lingote e permanecem no material na forma de defeitos na

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Relações Geométricas na Laminação

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Relações Geométricas na Laminação

𝑣 = 𝐿/𝑡 𝑉0= 𝑉𝑓

𝑉 = 𝐿. ℎ. 𝑏

Volume Velocidade

𝐿0. ℎ0= 𝐿𝑓. ℎ𝑓

𝑣0. ℎ0= 𝑣𝑓. ℎ𝑓 ou

L = comprimento h = espessura b = largura V = Volume v = velocidade t = tempo

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Uma chapa de aço com 500 mm de comprimento, 20 mm de espessura e 400 mm de largura é laminada a frio em um único passe de modo a reduzir sua espessura para 15 mm. Considerando que a largura permanece constante, qual o comprimento final da chapa produzida?

Exemplo

1. Volume é constante

𝑉0= 𝑉𝑓 2. Substituir valores

𝐿0. ℎ0. 𝑏0 = 𝐿𝑓. ℎ𝑓. 𝑏𝑓 500.20.400 = Lf.15.400 Lf = 666,7 mm

1) Uma chapa grossa de alumínio com 1 m de comprimento, 10 mm de espessura e 350 mm de largura é laminada a frio em um único passe de modo a reduzir sua espessura em 15%. Considerando que a

Exercícios

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85

2) Uma placa de aço com 225 cm de comprimento é laminada a quente. Se a redução de espessura é de 50% e a largura se mantém constante, qual o

comprimento final da chapa?

Exercícios

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2) Uma placa de aço com 225 cm de comprimento é laminada a quente. Se a redução de espessura é de 50% e a largura se mantém constante, qual o

comprimento final da chapa?

Qual a velocidade antes dos cilindros (v0) e a velocidade após os cilindros (vf) se o tempo de passagem da placa por eles foi de 3 s?

Exercícios

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3) Uma placa de aço com 150 cm de comprimento é laminada a quente. O tempo de passagem da placa pelos cilindros laminadores é de 3 s. Se a redução de espessura é de 30% e a largura se mantém constante, qual o comprimento final da chapa? Qual a velocidade da chapa após passar pelo laminador?

Exercícios

4) Se a redução de espessura de uma chapa laminada a frio foi de 10% e sua largura se manteve constante.

Qual a velocidade de saída (vf) da chapa laminada se Lo era 1,5 m e o tempo de passagem pelos cilindros foi

Exercícios

Referências

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