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?
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:
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Processos de conformação volumétrica
Processos de conformação de chapas
- 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?
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
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 Pó
Laminação Forjamento Extrusão Trefilação Estampagem
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LAMINAÇÃO
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.
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%
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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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
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
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
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
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
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
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
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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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