Libro Conformado

NDICE

CAPITULO I FUNDAMENTOS DEL FORMADO DE METALES

1.1 FUNDAMENTOS DE LA CONFORMACIN PLSTICA DE LOS METALES

1.2 CONFORMACIN PLSTICA

PROCESO DE DEFORMACIN VOLUMTRICA

TRABAJO DE LMINAS METLICAS

1.3 COMPORTAMIENTO DEL MATERIAL EN EL FORMADO DE METALES

ESFUERZO DE FLUENCIA

1.4 EFECTO DE LA TEMPERATURA DE DEFORMACIN

1.5 EFECTO DE LA VELOCIDAD DE DEFORMACION

1.6 EFECTO DE LAS ESTRUCTURAS METALRGICAS EN LOS PROCESOS DE

CONFORMACIN

1.7 MECNICA DE LA CONFORMACIN DE LOS METALES

1.8 ENSAYOS Y CRITERIOS DE FORMABILIDAD

1.9 LA FRICCIN EN LAS OPERACIONES DE CONFORMACIN

1.10 DEFORMACION VOLUMETRICA EN EL TRABAJO DE METALES

CAPITULO II LAMINADO

2.1 PRODUCTOS LAMINADOS

2.1 LAMINADO PLANO Y SU ANLISIS

2.3 LAMINADO DE PERFILES

2.4 MOLINOS LAMINADORES

2.5 EFECTOS DE LA CARGA DE LAMINADO

2.6 APLASTAMIENTO DE LOS RODILLOS

2.7 FLEXIONADO O COMBADURA DE RODILLOS

2.8 RESORTEO DEL MOLINO O DISTORSIN PLSTICA

2.9 CONTROL AUTOMATICO DEL CALIBRE

2.10 OTRAS OPERACIONES DE LAMINADO

2.11 LA TECNOLOGA DE LA FABRICACIN DE CILINDROS DE LAMINACIN POR DOBLE

COLADA O COLADA COMPUESTA

CAPITULO III FORJADO

3.1 FORJADO

3.2 FORJADO EN DADO ABIERTO

3.3 FORJADO CON DADO IMPRESOR

3.4 FORJADO SIN REBABA

3.5 DADOS DE FORJADO, MARTINETES Y PRENSAS

3.6 CARACTERSTICAS DE LAS PIEZAS ESTAMPADAS

3.7 OTRAS OPERACIONES DE FORJA

3.8 DISEO DEL PRODUCTO PARA FORJA

3.9 EJEMPLO SOBRE FORJA

CAPITULO IV ESTIRADO

4.1 ESTIRADO DE ALAMBRES Y BARRAS

4.2 MECNICA DEL ESTIRADO

4.3 ANLISIS DEL ESTIRADO DE ALAMBRES Y BARRAS

4.4 PRCTICA DEL ESTIRADO

4.5 ESTIRADO DE TUBOS

CAPITULO V EXTRUSION

5.1 EXTRUSION GENERALIDADES

5.2 TIPOS DE EXTRUSIN

5.3 ANLISIS DE LA EXTRUSIN

5.4 DADOS Y PRENSAS DE EXTRUSIN

5.5 OTROS PROCESOS DE EXTRUSIN

5.6 DEFECTOS EN PRODUCTOS EXTRUIDOS

CAPITULO VI EMBUTIDO

6.1 GENERALIDADES

6.2 MECNICA DE EMBUTIDO

6.3 LMITES DEL EMBUTIDO:

6.4 OTRAS OPERACIONES DE EMBUTIDO

6.5 DEFECTOS EN EL EMBUTIDO

6.6 TIPOS DE HERRAMIENTAS DE EMBUTIDO:

6.7 DADOS Y PRENSAS PARA PROCESOS CON LAMINAS METLICAS

6.8 PRENSAS

6.9 CONSIDERACIONES EN DISEO DE LA HERRAMIENTAS:

6.10 ENSAYO DE ERICHSEN

CAPITULO VII DOBLADO

7.1 OPERACIONES DE DOBLADO

7.2 DOBLADO EN V Y DOBLADO DE BORDES

7.3 ANLISIS DE INGENIERA DEL DOBLADO

7.4 OTRAS OPERACIONES DE DOBLADO

7.5 DOBLADO DE TUBOS

CAPITULO VIII TROQUELADO

8.1 TROQUELADO DE METALES

8.2 CARACTERSTICAS Y APLICACIONES DEL TROQUELADO DE METALES

8.3 TROQUELADO CONVENCIONAL

8.4 PROCESO DE TROQUELADO FINO

8.5 CARACTERSTICAS MECNICAS DE UN TROQUEL PARA PUNZONAR

8.6 REPUJADO DE PIEZAS DE METAL - SPINING

8.7 PIEZAS ESTAMPADAS POR ROTACION

8.8 PIESAS ELECTROFORMADAS

8.9 PIEZAS FORMADAS POR OTROS MTODOS

CAPITULO IX METALURGIA DE POLVOS

9.1 CONCEPTO DE PULVIMETALURGIA

9.2 CARACTERISTICAS DE LOS POLVOS METALICOS

9.3 ALGUNOS METODOS DE OBTENCION DE POLVOS METALICOS

9.4 COMPACTACIN

9.5 SINTERIZACIN

9.6 ACABADOS MAS FRECUENTES EN PIEZAS SINTERIZADAS

9.7 APLICACIONES

Procesos de Manufactura II

1

Conformado De Metales


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CAPITULO I

FUNDAMENTOS DEL FORMADO DE METALES

Los metales, los plsticos y los materiales de cermicas se transforman en

artculos tiles y productos de consumo por muchos diferentes medios. Los metales se

vacen de maneras diferentes en moldes para producir formas intrincadas pequeas o

partes para mquinas en produccin en serie. Los metales tambin se laminan entre

rodillos, se conforman en piezas y se martillan en matrices o se fuerzan a travs de

dados por extrusin para hacer formas especiales. Por ejemplo, el hierro y el acero se

calientan a temperaturas altas para poder conformarlos fcilmente por forjado

(martillado y comprimido). Aunque la forja fue en un tiempo una operacin para metales

en caliente, en la actualidad se practica el forjado en fro an con el acero. A

temperaturas intermedias se puede producir un material metalrgicamente superior

para algunos fines. Por ejemplo, en la conformacin a calor medio, los materiales

tenaces como el acero SAE 52100 se manufacturan por rutina en partes de alta calidad

con los ms bajos costos de produccin de la conformacin en fro.


3


4

Gran parte de la manufactura se especializa en el proceso del metal laminado en

operaciones de trabajo es fro como troquelado, estampado y conformacin. La

fabricacin de utensilios para el hogar, de automviles y de muchos otros productos

dependen del proceso de lmina metlica.

La maquinaria de toda clase que requiere partes de precisin depende del

maquinado y de la industria de las maquinas herramientas, la cual se podra considerar

como la base de la manufactura moderna. La industria de la herramienta y dados,

aunque poco conocida y entendida, es la columna vertebral de la industria moderna.

Todo proceso de manufactura depende prcticamente de los talleres de

herramientas y dados en alguna medida. El estampado, el troquelado, el moldeo por

inyeccin y el vaciado por inyeccin son solo algunos de los procesos para los cuales

son absolutamente necesarios los servicios de las herramientas y de los dados.

La manufactura de los materiales plsticos y compuestos est creciendo en forma

constante y ha reemplazado a muchos productos que anteriormente se hacan de

metal, cuero y madera. Muchas de stas industrias de manufactura son independientes.

Por ejemplo, los moldes para inyeccin de plstico requieren de herramienta

especial y procesos especiales de maquinado de dados; la manufactura de la mquina

moldeadora es un proceso de mquina herramienta.

El formado de metales incluye varios procesos de manufactura en los cuales se

usa la deformacin plstica para cambiar la forma de las piezas metlicas. La

deformacin resulta del uso de una herramienta que usualmente es un dado para

formar metales, el cual aplica esfuerzos que exceden la resistencia a la fluencia del

metal. Por tanto, el metal se deforma para tornar la forma que determina la geometra

del dado.

En general, se aplica el esfuerzo de compresin para deformar plsticamente el

metal. Sin embargo, algunos procesos de formado estiran el metal, mientras que otros

lo doblan y otros ms lo cortan. Para formar exitosamente un metal ste debe poseer

ciertas propiedades. Las propiedades convenientes para el formado son generalmente

una baja resistencia a la fluencia y alta ductilidad. Estas propiedades son afectadas por


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la temperatura. La ductilidad se incrementa y la resistencia a la fluencia se reduce

cuando se aumenta la temperatura de trabajo. El efecto de la temperatura da lugar a la distincin entre trabajo en fro, trabajo en caliente por debajo de la temperatura de

recristalizacin y trabajo en caliente. La velocidad de formacin y la friccin son factores

adicionales que afectan el desempeo del formado de metales. En este captulo

examinaremos dichos aspectos, pero primero proporcionamos una visin general de los

procesos de formado de metales.

1.1 FUNDAMENTOS DE LA CONFORMACIN PLSTICA DE LOS METALES

INTRODUCCIN

La metalurgia mecnica es la rama de la metalurgia que se ocupa principalmente

de la respuesta de los metales frente a las fuerzas o cargas.

Las fuerzas pueden resultar del empleo del material como miembro o pieza de

una estructura o maquina, en cuyo caso es necesario saber algo respecto a los valores

limites que aquel puede resistir sin fallar.

Por otro lado, es necesario a veces transformar un lingote colado en una forma

ms til, tal como una plancha plana, y entonces es preciso conocer las condiciones de

temperatura y velocidad de carga para las que son mnimas las fuerzas que se

necesitan para realizar tal trabajo de transformacin.

HIPTESIS DE LA RESISTENCIA DE MATERIALES

En el mtodo general de anlisis empleado en la resistencia de materiales, se

parte de la suposicin de que el miembro esta en equilibrio.

Se aplican las condiciones de equilibrio esttico a las fuerzas que actan en

algunas partes del cuerpo para encontrar relaciones entre las fuerzas externas e

internas. Como las ecuaciones de equilibrio deben expresarse en trminos de fuerzas

externas que actan sobre el cuerpo, es necesario transformar las fuerzas resistentes

internas en fuerzas externas.


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Otras hiptesis con: el cuerpo que se estudia es continuo, homogneo e istropo;

Continuo pues no hay espacios vacos, homogneo porque tiene propiedades idnticas

en todos sus puntos, e istropo respecto de alguna propiedad cuando esta no varia con

la direccin u orientacin.

A gran escala, el acero, la fundicin, el aluminio, pueden considerarse como

tales, pero a escala microscpica estn constituidos por mas de una fase por lo que son

heterogneos.

Los metales estn constituidos como una agregacin de granos cristalinos que

poseen distintas propiedades en las diferentes direcciones cristalogrficas, pero los

granos son tan pequeos frente a nuestro volumen macroscpico que debe

considerarlo homogneo e istropo. Sin embargo cuando los materiales se deforman

severamente en una direccin particular (como ocurre en la laminacin o en la forja) las

propiedades pueden ser anisotrpicas en macro escala.

DEFINICIONES

Elasticidad: Significa que al cargar un cuerpo y luego descargarlo el mismo recupera su

configuracin geomtrica inicial. La recuperacin no tiene porque ser instantnea, pero

siempre que el cuerpo recupere su configuracin inicial (en forma instantnea o no), se

dir que el mismo es elstico.

Plasticidad: Es el caso en que un cuerpo sometido a la accin de cargas exteriores, no

recupera su configuracin geomtrica inicial luego de ser retiradas las mismas. Es decir

queda una deformacin plstica permanente o remanente que es lo que caracteriza a la

plasticidad.

1.2 CONFORMACIN PLSTICA

CLASIFICACIN DE LOS PROCESOS DE CONFORMACIN

Los procesos de conformacin se pueden clasificar en un nmero reducido de

clases sobre la base de las fuerzas aplicadas al material cuando se le da la forma

requerida.


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Estas clases son:

1. Procesos de compresin indirecta.

2. Procesos de compresin directa.

3. Procesos de traccin.

4. Procesos de plegados o flexin.

5. Procesos de cizallamiento.

En los procesos de compresin la fuerza se aplica a la superficie de la pieza que

se trabaja y el metal fluye formando ngulo recto con la direccin de la compresin. Los

ejemplos principales son la forja y la laminacin.

Los procesos de compresin indirecta incluyen el estirado de tubos y alambres,

la extrusin y el embutido profundo de una copa.

Las fuerzas aplicadas son frecuentemente de traccin, pero se desarrollan

fuerzas de compresin elevadas por reaccin entre la pieza que se trabaja y la matriz.

El metal fluye bajo un estado de tensiones combinadas en el que hay fuerzas de

compresin elevadas en una de las direcciones principales, por lo menos.

La conformacin plstica se lleva acabo por cuatro razones principalmente.

1. Obtener la forma deseada

2. Mejorar las propiedades del material por modificacin de la distribucin

de micro constituyentes.

3. Mejorar las propiedades del material por afino del tamao de grano.

4. Introducir endurecimiento por deformacin.

Los procesos de conformacin plstica destinados a transformar un lingote o

palanquilla en un producto tipificado de forma sencilla (Chapa, plancha o barra) se

llaman procesos primarios de trabajo mecnico.


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Los mtodos de conformacin que producen piezas de la forma acabada definitiva

se llaman procesos secundarios de trabajo mecnico.

Proceso de deformacin volumtrica

Los procesos del formado se pueden clasificar en:

1) procesos de deformacin volumtrica y

2) procesos de trabajo metlico.

Los procesos de deformacin volumtrica se caracterizan por deformaciones

significativas y cambios de forma, la relacin entre el rea superficial y el volumen de

trabajo es relativamente pequea. El trmino volumtrico describe a las partes de

trabajo que tienen esta baja relacin de rea volumen. La forma del trabajo inicial para

estos procesos incluye tochos cilndricos y barras rectangulares. La operacin bsica

en deformacin volumtrica se ilustra en la figura como sigue

: Laminado. Es un proceso de deformacin por compresin en el cual el espesor

de una plancha o placa se reduce por medio de herramientas cilndricas opuestas

llamadas rodillos. Los rodillos giran para estirar la placa y realizar el trabajo dentro de la

abertura entre ellos y comprimirla.

Forjado. En el Forjado se comprime una pieza de trabajo entre dos dados

opuestos, de manera que la forma del dado se imprima para obtener el trabajo

requerido. El forjado es un proceso tradicional de trabajo en caliente, pero muchos tipos

de forjado se hacen tambin en fro.

Extrusin. Es un proceso de compresin en el cual se fuerza el metal de trabajo

a fluir a travs de la abertura de un dado para que tome, la forma de la abertura de ste

en su seccin transversal.

Estirado. En este proceso de formado, el dimetro de un alambre o barra se

reduce cuando se tira del alambre a travs de la abertura del dado.


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Figura N 1.1


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Trabajo de lminas metlicas

Los procesos de trabajo con lminas metlicas son operaciones de formado o

preformado de lminas de metal, tiras y rollos. La relacin entre el rea superficial y el

volumen del material inicial es alta; por lo que esta relacin es un medio til para

diferenciar la deformacin volumtrica de los procesos con lminas metlicas. Prensado

es el trmino que se aplica frecuentemente a las operaciones con lminas metlicas,

debido a que las mquinas utilizadas para desempear estas operaciones son prensas

(se usan tambin prensas de varios tipos en otros procesos de manufactura). La parte

producida en una operacin de laminado metlico se llama frecuentemente estampado.

Las operaciones con lminas metlicas se ejecutan siempre en fro y se utiliza un

juego de herramientas llamadas punzn y dado. El punzn es la porcin positiva y el

dado es la porcin negativa del juego de herramientas. Las operaciones bsicas con

lminas de metal se describen en la figura y se definen como sigue:

Doblado, El doblado implica la deformacin de una lmina metlica o placa para

que adopte un ngulo con respecto a un eje recto, en la mayora de los casos.

Embutido (estirado). En el trabajo de lminas metlicas, el embutido se refiere a

la transformacin de una lmina plana de metal en una forma hueca o cncava, como

una copa, mediante el estirado del metal. Se usa un sujetador para mantener fija la

plantilla, mientras el punzn empuja la lmina de metal. Para distinguir esta operacin

del estirado de barras y alambres, se usan frecuentemente los trminos embutido o

estirado en copa o embutido profundo.

Corte. Este proceso queda de alguna manera fuera de lugar en nuestra lista de

procesos de deformacin, debido a que implica ms el corte que el formado del metal.

En esta operacin se corta la parte usando un punzn y un dado. Aunque ste no es un

proceso de formado se incluye aqu debido a que es una operacin necesaria y muy

comn en el trabajo de lminas metlicas.


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Figura N 1.2

1.3 COMPORTAMIENTO DEL MATERIAL EN EL FORMADO DE METALES

La curva esfuerzo-deformacin ofrece una visin que permite comprender el

comportamiento de los metales durante su formacin. La curva tpica de esfuerzo-

deformacin para la mayora de los metales se divide en una regin elstica y una

regin plstica. En el formado de un metal, la regin plstica es de inters primordial

debido a que en estos procesos el material se deforma plstica y permanentemente.

La relacin tpica esfuerzo-deformacin presenta elasticidad por debajo del punto

de fluencia, y endurecimiento por deformacin arriba de dicho punto. Las figuras

muestran este comportamiento en ejes lineales y logartmicos. En la regin plstica, el

comportamiento del metal se expresa por la curva de fluencia:


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El esfuerzo y la deformacin en la curva de fluencia son esfuerzo real y

deformacin real. La curva de fluencia es generalmente vlida como una relacin que

define el comportamiento plstico de un metal en el trabajo en fro. Los valores tpicos

de K y n para diferentes metales a temperatura ambiente se enlistan en la tabla.

= K n = ln ( l / lo ) Yf = K n Yf = K n / (1+ n) Criterios de Fluencia

Criterios de Fluencia

Figura N 1.3


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Esfuerzo de fluencia

La curva de fluencia describe la relacin esfuerzo-deformacin en la regin donde

tiene lugar el formado del metal. Tambin indica el esfuerzo de fluencia del metal, la

propiedad de resistencia que determina las fuerzas y la potencia requerida para realizar

una operacin particular de formado.

La grfica esfuerzo-deformacin de la figura muestra que cuando la mayora de

los metales se deforman a temperatura ambiente, aumentan su resistencia debido al

endurecimiento por deformacin. El esfuerzo requerido para continuar la deformacin

debe incrementarse para contrarrestar este incremento de la resistencia. El esfuerzo de

fluencia se define corno el valor instantneo del esfuerzo requerido para continuar la

deformacin del material o mantener "fluyendo" al metal. sta es la resistencia a la

fluencia del metal en funcin de la deformacin, que puede expresarse como:

En la operaciones de formado individual que se revisarn en las dos secciones

siguientes, se puede usar el esfuerzo de fluencia instantneo para analizar la secuencia

del proceso. Por ejemplo, en ciertas operaciones de forja se puede determinar la fuerza

instantnea durante la compresin a

1.4 EFECTO DE LA TEMPERATURA DE DEFORMACIN

El trabajo de los metales suele dividirse en procesos de trabajo o conformacin

en caliente y procesos de trabajo o conformacin en fro.


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El trabajo en caliente se define como una deformacin en condiciones tales de

temperatura y velocidad de deformacin que se producen simultneamente la

restauracin y la deformacin.

El trabajo en fro es el realizado en condiciones tales que no es posible que se

produzcan eficazmente los procesos de restauracin.

En el trabajo en caliente se elimina el endurecimiento por deformacin, y la estructura

granular dislocada, por la formacin de nuevos granos libres de deformacin,

recristalizando la estructura.

Como dicha recristalizacion elimina las perturbaciones provocadas por la deformacin

se pueden lograr deformaciones muy grandes en caliente.

El trabajo en caliente se realiza normalmente en condiciones de limite elstico, y este

limite disminuye con la temperatura, es entonces mas pequea la energa necesaria

para la deformacin que en el trabajo en fro, en el cual no se elimina el endurecimiento

por deformacin y la tensin de limite elstico aumenta con la deformacin.

Por esto es que la deformacin total que puede darse en fro es menor que en caliente,

a menos que en etapas intermedias por sucesivos tratamientos se elimine el

endurecimiento por deformacin.

TRABAJOS EN CALIENTE

A las temperaturas a las que se realiza el trabajo en caliente no solo es menor la

energa necesaria para deformar el metal, y mayor la facilidad para que fluya sin

agrietarse, sino que adems facilita la homogeneizacin de la estructura de colada.

factores dependientes de la temperatura:

Disminucin de la resistencia de los cristales

Disminucin de sus bordes


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Las sopladuras y rechupes internos se eliminan por soldaduras, las estructuras

columnares por la recristalizacin y mejoran la ductilidad y la tenacidad.

El trabajo en caliente presenta tambin desventajas:

1. Ordinariamente el trabajo en caliente se realiza al aire y se pierde una

considerable cantidad de metal por oxidacin.

2. Suele provocarse la descarburacin del acero y es frecuente necesitar de un

mecanizado extenso para eliminar las capas decarburadas.

3. La incrustacin del oxido impide obtener buenas terminaciones superficiales.

4. Hay dilataciones y contracciones a las que hay que poner tolerancias, lo cual

impide obtener una produccin homognea tal como se obtiene en el trabajo en

fro.

5. La deformacin es mas intensa en la superficie por lo que all el grano es mas

fino

6. En el centro el grano es ms grande debido a que tarda mas para enfriarse

hasta la temperatura ambiente que la superficie.

Formado en Caliente

1. Por encima de la temp. de recristalizacin (>0.5 Tm con Tm punto de fusin

del metal, en T absoluta).

2. La forma de la parte de trabajo se puede alterar significativamente.

3. Se requiere menor potencia para deformar el metal.

4. Las propiedades de resistencia son generalmente isotrpicas.

5. El trabajo en caliente no produce fortalecimiento de la parte.

6. Precisin dimensional ms baja.

7. Mayores requerimientos de energa para calentamiento de la parte.

8. Oxidacin de la superfcie de trabajo.

9. Acabado superficial ms pobre y menor duracin en la vida de las

herramientas.


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Formado en Tibio

1. Por debajo de la temperatura de recristalizacin (0.3 Tm con Tm punto de fusin

del metal en T absoluta).

2. Fuerzas ms bajas y menores requerimientos de potencia.

3. Son posibles trabajos ms intrincados.

4. Se puede eliminar o reducir la necesidad de recocido.

El limite superior de trabajo esta determinado por la temperatura a que se produce la

fusin incipiente y suele tomarse una temperatura en 100C bajo del punto de fusin,

para evitar la fusin en regiones segregadas que tienen punto de fusin mas bajo.

Basta una delgadsima capa de constituyentes de bajo punto de fusin en limite de

grano para que el material se desmenuce en trozos al ser deformado (fragilidad en

caliente que produce quemado del metal)

Cuanto mayor la deformacin, el material pierde mas calor por conduccin,

conveccin y radiacin , aunque gana por trabajo de deformacin pero en definitiva

resulta una mas baja es la temperatura de trabajo en caliente.

TRABAJO EN FRO

Acarrea un aumento en la resistencia mecnica y una disminucin de la

ductilidad.

Si provocamos grandes deformaciones el metal puede romperse antes de

alcanzar la forma deseada. Por esta razn, puede realizarse en varias etapas,

intercalando tratamientos trmicos intermedios (Ej. Recocido) que restauran la

ductilidad y disminuyen la resistencia.

Ajustando convenientemente el ciclo de trabajo en fro y tratamientos trmicos se

pueden obtener piezas con cualquier grado de endurecimiento.

Formado en Fro

1. Mayor precisin, tolerancias ms estrechas.


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2. Mejora el acabado superficial.

3. El endurecimiento por deformacin aumenta la resistencia y dureza de la

parte.

4. Orientacin de granos mas favorable.

5. Ahorro en costos de horno y combustible.

6. Requiere mayor potencia para desempear las operaciones

7. Limpieza inicial de las superficies.

8. Ductilidad y Endurecimiento por deformacin del metal de trabajo limitan la

deformacin a realizar.

La ventaja ms significativa del trabajo en caliente es la capacidad de producir

deformaciones plsticas sustanciales del metal, ms de las que son posibles con el

trabajo en fro o el trabajo que se lleva a cabo por debajo de la temperatura de

recristalizacin. La razn principal es que la curva de fluencia del metal trabajado en

caliente tiene un coeficiente de resistencia sustancialmente menor que a temperatura

ambiente, el exponente de endurecimiento por deformacin es cero (al menos

tericamente), y la ductilidad del metal se incrementa significativamente. Todo esto da

por resultado las siguientes ventajas con respecto al trabajo en fro: 1) la forma de la

parte de trabajo se puede alterar significativamente, 2) se requiere menor potencia para

deformar el metal, 3) los metales que usualmente se fracturan en el trabajo en fro,

pueden formarse en caliente, 4) las propiedades de resistencia son generalmente

isotrpicas debido a la ausencia de una estructura orientada de granos creada en el

trabajo en fro, 5) el trabajo en caliente no produce fortalecimiento de la parte. Esta

ltima ventaja puede parecer inconsistente, ya que el aumento en la resistencia del

metal se considera frecuentemente esta es una ventaja del trabajo en fro. Sin embargo,

hay aplicaciones en las cuales es indeseable que el metal se endurezca por trabajo

debido a que reduce su ductilidad, por ejemplo, cuando la parte tiene que procesarse

posteriormente en fro. Otras desventajas son: precisin dimensional ms baja,

mayores requerimientos de energa (energa trmica para calentar la pieza de trabajo),

oxidacin de la superficie de trabajo (incrustaciones), acabado superficial ms pobre y

menor duracin en la vida de las herramientas.


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La recristalizacin del metal en el trabajo en caliente involucra difusin atmica,

proceso que depende del tiempo. Las operaciones de formado del metal se

desempean frecuentemente a altas velocidades que no dejan tiempo suficiente para

completar la recristalizacin de la estructura granular durante el ciclo de deformacin.

Sin embargo, debido a las altas temperaturas, la recristalizacin slo ocurre

eventualmente; ya sea inmediatamente despus del proceso de formado o ms tarde,

al enfriarse la pieza de trabajo. Aun si la recristalizacin ocurre despus de la verdadera

deformacin, su ocurrencia eventual junto con el suavizado sustancial del metal a altas

temperaturas es la caracterstica que distingue al trabajo en caliente del trabajo en tibio

o en fro.

Formado isotrmico Ciertos metales como los aceros altamente aleados (por

ejemplo, acero de alta velocidad), Muchas aleaciones de titanio y las aleaciones de

nquel para altas temperaturas poseen buena dureza en caliente, esta propiedad los

hace tiles para el servicio a altas temperaturas. Y aunque dichas propiedades los

hacen atractivos para estas aplicaciones, tambin los hace difciles de formar por

mtodos convencionales. El problema es que cuando estos metales se calientan a las

temperaturas de trabajo en caliente y entran en contacto con las herramientas de

formado relativamente fras, el calor es transferido rpidamente fuera de la superficie de

la parte, elevando la resistencia en estas regiones. La variacin en la temperatura y la

resistencia en diferentes regiones de la pieza de trabajo producen patrones de flujo

irregular en el metal durante la deformacin esto conduce a la formacin de esfuerzos

residuales y al posible agrietamiento superficial.

El formado isotrmico se refiere a las operaciones de formado que se llevan a cabo

de tal manera que eliminan el enfriamiento superficial y los gradientes trmicos

resultantes en la pieza de trabajo. Se realiza por precalentamiento de las herramientas

que entran en contacto con la parte a la misma temperatura de trabajo del metal. Esto

desgasta las herramientas y reduce su vida, pero evita los problemas descritos cuando

los metales difciles se forman por mtodos convencionales. En algunos casos el


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formado isotrmico representa la nica forma en que pueden formarse estos materiales

de trabajo. El procedimiento se asocia ms estrechamente con el forjado, revisaremos

el forjado Formado Isotrmico

Materiales especiales para altas temperaturas.

Consiste en eliminar el enfriamiento superficial y los gradientes trmicos mediante el precalentamiento de las herramientas.

Disminucin de la vida de las herramientas.

1.5 EFECTO DE LA VELOCIDAD DE DEFORMACION

En el trabajo en caliente, un metal se comporta tericamente como un material

perfectamente plstico, con un exponente de endurecimiento por deformacin n = 0.

Esto significa que una vez que se alcanza el nivel del esfuerzo de fluencia, el metal

debe continuar fluyendo bajo el mismo nivel de esfuerzo. Sin embargo, un fenmeno

adicional caracteriza el comportamiento de los metales durante su deformacin,

especialmente a las temperaturas elevadas del trabajo en caliente. Este fenmeno es la

sensibilidad a la velocidad de deformacin. En nuestra revisin, empezaremos por

definir la velocidad de deformacin,

La respuesta de un metal a la conformacin depende de la velocidad de

deformacin.

Ciertos metales pueden romperse por debajo de una temperatura determinada si

se les aplica una carga a mucha velocidad o por el choque.


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VALORES TPICOS DE VELOCIDAD EN DISTINTOS ENSAYOS DE

DEFORMACIN

Figura N 1.4

Las velocidades en la mayor parte de los procesos industriales son mayores que

en un ensayo de traccin por lo que los valores del lmite elstico determinados en

dicho ensayo no pueden ser aplicados directamente al clculo de cargas empleadas en

la conformacin.

En el trabajo en fro, la velocidad de deformacin tiene poca influencia, salvo

algunos materiales de comportamiento frgil en ciertos intervalos de temperatura para

elevadas velocidades de deformacin.

El lmite elstico para el trabajo en caliente es fuertemente afectado por la

velocidad de deformacin. Para medir el limite elstico durante las operaciones de


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conformacin en caliente se emplea una maquina de compresin a alta velocidad

(Plastometro).

A grandes velocidades la temperatura de trabajo en caliente debe ser ms

elevada pues el tiempo de permanencia a esa temperatura es ms breve. Pero esto

aumenta el peligro de la fragilidad en caliente.

La rapidez a la que se deforma el metal en un proceso de formado se relaciona

directamente con la velocidad de deformacin v. En muchas operaciones de formado, la

velocidad de deformacin es igual a la velocidad del punzn o de cualquier otro

elemento mvil del equipo. Esto se visualiza ms fcilmente en un ensayo de tensin,

como la velocidad del cabezal de la mquina con respecto al cabezal. Dada la rapidez

de deformacin, la velocidad de deformacin se define:

Si la velocidad de deformacin v es constante durante la operacin, entonces sta

vara al cambiar h (debido al esfuerzo de tensin o compresin). En la mayora de las

operaciones prcticas de formado, la valoracin de la velocidad de deformacin se

complica por la geometra de la parte de trabajo y las variaciones en la velocidad de

deformacin en diferentes regiones de la parte. La velocidad de deformacin puede

alcanzar 1000 s-1

o ms para algunos procesos de formado de metal como laminado y

forjado a alta velocidad.

Ya hemos observado que el esfuerzo de fluencia de un metal es una funcin de la

temperatura. En las temperaturas del trabajo en caliente, el esfuerzo de fluencia

depende de la velocidad de deformacin. El efecto de la velocidad de deformacin

sobre las propiedades de resistencia se conoce como sensibilidad a la velocidad de


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deformacin. El efecto se puede ver en la figura 3.4. Al aumentar la velocidad de

deformacin, se incrementa la resistencia a la deformacin. Esto se representa

usualmente como una lnea aproximadamente recta en una grfica log-log, lo cual

conduce a la siguiente relacin.

Figura N 1.5

El efecto de la temperatura sobre los parmetros de la ecuacin es bastante

pronunciado. Al incrementar la temperatura, decrece el valor de C (consistente con su

efecto sobre K en la ecuacin de la curva de fluencia) y aumenta el valor de m. A

temperatura ambiente el efecto de la velocidad de deformacin es casi despreciable, e

indica que la curva de fluencia es una buena representacin del comportamiento del

material. A medida que aumenta la temperatura, la velocidad de deformacin juega un

papel ms importante en la determinacin del esfuerzo de fluencia, como se indica por


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las pendientes ms grandes de las relaciones deformacin-velocidad. Esto es

importante en el trabajo en caliente porque la resistencia a la deformacin del material

aumenta dramticamente con el incremento de la velocidad de deformacin Para dar

una idea del efecto, en la tabla se dan los valores tpicos de m para los tres rangos de

temperatura del trabajo en metales.

Figura N 1.6

Tabla N 1.1


24

Podemos observar que aun en el trabajo en fro la velocidad de deformacin

puede tener un efecto mnimo sobre el esfuerzo de fluencia. En el trabajo en caliente el

efecto puede ser significativo. Una expresin ms completa para el esfuerzo de fluencia

como funcin de la deformacin y de la velocidad de deformacin podra ser la

siguiente:

1.6 EFECTO DE LAS ESTRUCTURAS METALRGICAS EN LOS PROCESOS DE CONFORMACIN

Las fuerzas necesarias para realizar la conformacin estn ntimamente ligadas

al lmite elstico, que a su vez depende de la estructura metalrgica y la composicin

de la aleacin.

En los metales puros, la facilidad del trabajo mecnico disminuye al aumentar el

punto de fusin, y la temperatura mnima de trabajo en caliente aumentar tambin con

el punto de fusin.

La adicin de elementos de aleacin eleva la curva de fluencia cuando forman

solucin slida y por consiguiente aumentan las fuerzas necesarias, a su vez hacen

descender el punto de fusin por lo que las temperaturas de trabajo sern mas bajas.

Las caractersticas de trabajo plstico de las aleaciones de dos fases dependen de

la distribucin microscpica de la segunda fase.


25

La presencia de una fraccin grande de partculas duras uniformemente

distribuidas incrementa el lmite de fluencia.

Si en cambio son blandas no producen gran variacin en las condiciones de

trabajo,

Si tienen bajo punto de fusin pueden dar fragilidad en caliente.

En el acero recocido, un tratamiento de globulizacin que convierte laminillas de

cementita de la perlita en glbulos mejora el trabajo en fro.

Si la segunda fase dura se localiza en el lmite de grano dificulta la

conformacin, pues se puede producir fractura en lmite de grano.

Las partculas de segunda fase tendern a tomar la forma y distribucin que

corresponde a la deformacin del cuerpo.

Si son ms blandas y dctiles que la matriz, las partculas que son

originalmente esfricas tomaran una forma elipsoidal.

Si son mas duras, no se deformarn.

La orientacin de estas partculas (en trabajo en caliente) y la fragmentacin de los

granos (trabajo en fro) son responsables de la estructura fibrosa tpica que puede

ponerse de manifiesto por macro ataque.

Una consecuencia de este fibrado mecnico es que las propiedades mecnicas

pueden ser diferentes para distintas orientaciones de las probetas de ensayo con

respecto a la direccin principal de conformacin.

En general, la ductilidad en traccin, las propiedades de fatiga y las de choque sern

ms bajas en la direccin transversal que en la longitudinal.

Si en una aleacin se produce una precipitacin mientras el metal se est

conformando, aumenta el lmite elstico y disminuye su ductilidad pudiendo producirse

el agrietamiento. La precipitacin se produce normalmente cuando la velocidad de

conformacin es pequea y la temperatura elevada.


26

Si en cambio se produce un cambio de fase esto contribuye a aumentar el limite

elstico de los productos laminados en fro, y puede producirse el agrietamiento.

1.7 MECNICA DE LA CONFORMACIN DE LOS METALES

Uno de los objetivos es llegar a expresar las fuerzas y las deformaciones de los

procesos en el lenguaje de le mecnica aplicada para poder predecir las fuerzas que se

necesitan para obtener una forma determinada.

Es necesario el empleo de hiptesis simplificativas.

El criterio de fluencia de Von Mises o de la energa de deformacin es el que da

resultados que estn mas de acuerdo con los experimentales.

( 1-2)2 + (2 - 3)2 + (3 - 1)2= 2 x o2

En tanto que los criterios de la mxima tensin cizallante difieren solo en un 15%

que teniendo en cuenta las imprecisiones de los anlisis de las operaciones complejas

se puede considerar anlogo al anterior

3 - 1 = o

Se utilizara esta ley en todas las ocasiones en que su aplicacin simplifique el

anlisis.

Una de las hiptesis que se emplea es la eliminacin o introduccin de una

tensin hidrosttica no afecta al lmite elstico ni al estado de deformacin. Se

considera que el tensor desviador es el nico que tiene importancia para la produccin

del flujo plstico.

Sin embargo la presin hidrosttica modifica el flujo plstico cuando las

deformaciones son grandes y aumentando dicha presin se eleva la curva de fluencia


27

en la regin de las deformaciones grandes y adems aumenta la ductilidad de los

metales en traccin.

Esto explica porque materiales normalmente frgiles se puedan extrudar con

xito, ya que en este proceso se desarrolla una compresin hidrosttica elevada por la

reaccin entre el material que se extruda y el cuerpo de extrusin.

Suponemos que el volumen se mantiene constante durante la deformacin:

1 + 2 + 3 = 0 o d1 + d2 + d3 = 0

Se admite que el incremento de la deformacin es proporcional a la deformacin total.

d1 / 1 = d2 / 2 = d3 / 3

Una premisa bsica es la de que para deformaciones de traccin o compresin

equivalentes se producen endurecimientos por deformacin tambin equivalentes.

Para una deformacin de traccin 1 igual a una compresin 2 se puede escribir:

1 = - 3 = Ln ( l1/l0 ) = - Ln ( h1/h0 ) = Ln ( h0/h1 )

( l0/l1 ) = ( h1/h0 )

( h1/h0 ) = 1 + ( h1 h0 ) / h0

Y como el volumen se mantiene constante:

l0 / l1 = A1 / A0 = 1 ( A0 - A1 ) / A0

Entonces

( h1 h0 ) / h0 = ( A0 - A1 ) / A0


28

O sea, para deformaciones iguales, la reduccin de la seccin transversal es

igual a la reduccin de la altura o de espesor.

La curva de fluencia es la relacin fundamental referente al comportamiento del

material en cuanto al endurecimiento por deformacin. Se emplea para determinar el

lmite elstico o, en el clculo de las cargas de conformacin.

Este valor es menor que el que se produce en el endurecimiento por deformacin

ya que el material sufre flujo no uniforme pues no se lo deja fluir libremente.

En algunos casos (Extrusin) se alcanzan deformaciones mucho mayores que en

el ensayo de traccin o compresin, del orden del 70 al 80%.

En trabajo en caliente, el metal se comporta como plstico ideal, la tensin de

fluencia se mantiene constante y es independiente de la deformacin para temperatura

y velocidades determinadas.

En trabajo en fro, es corriente emplear un valor constante de la tensin de

fluencia que sea un promedio de la deformacin total.

Para describir el flujo plstico, es tan importante indicar las condiciones

geomtricas del flujo con respecto al sistema de tensiones como el poder predecir la

clase de tensin que produce el flujo plstico. Una hiptesis bsica, es la de que en

cualquier instante del proceso de conformacin, las condiciones geomtricas de las

velocidades de deformacin son las mismas que las de las tensiones o sea que las

deformaciones y las tensiones son coaxiales, lo cual sirve para deformaciones no muy

grandes.

TRABAJO DE DEFORMACIN PLSTICA

El trabajo total necesario para producir una forma por deformacin plstica

puede descomponerse en trabajos parciales:


29

El trabajo de deformacin ( Wd ) es el trabajo necesario para que todo el volumen pase

de la seccin inicial a la final por deformacin uniforme.

Una parte del trabajo total se consume como trabajo superflua ( Wr ), que es el trabajo

de deformacin interna que no interviene en un puro cambio de forma.

Por ultimo, otra parte se consume al vencer las resistencias de friccin en las intercaras

entre metal conformado y la herramienta ( Wf ). Principio Documento

Wt = Wd + Wr + Wf

Se deduce que el trabajo de deformacin es la energa mnima que debe consumirse

para provocar una deformacin y es:

Wd = V x x d

Y el trabajo total ideal por unidad de volumen para el caso de deformacin proporcional

ser:

Wd = ( 2 / 3 ) x 0 x ( 12 + 1 x 2 + 2 )

1.8 ENSAYOS Y CRITERIOS DE FORMABILIDAD

Dada la imposibilidad de obtener datos seguros de la resistencia a la

deformacin de los metales en el trabajo de conformacin en caliente a velocidades

elevadas, se ha desarrollado cierto nmero de ensayos para evaluar la deformabilidad

en caliente de los materiales. El ensayo de un solo golpe se ha empleado para estimar

si un metal puede o no trabajarse en caliente sin agrietamiento.


30

Se ha encontrado buena correlacin entre los resultados de torsin y algunas

operaciones como la forja y el punzonado de redondos macizos para fabricar tubos sin

costura.

En las operaciones de conformacin de la chapa, en las que unas regiones no

pueden deformarse y otras deben adaptarse a formas determinadas es necesario que

el metal pueda deformarse sin que se produzcan deformaciones localizadas.

Un ensayo cualitativo para estimar la capacidad de conformacin de la chapa es

el ensayo de doblado, se doblan alrededor de radios progresivamente ms pequeos

hasta que formen grietas en la cara de traccin (externa). El radio mnimo de doblado

se toma como el ms pequeo que puede emplearse sin agrietamiento.

1.9 LA FRICCIN EN LAS OPERACIONES DE CONFORMACIN

Es muy importante tomar en cuenta las fuerzas de friccin engendradas entre la

pieza que se trabaja y las herramientas, ya que aumentan materialmente la resistencia

a la deformacin.

Son muy difciles de medir y constituyen el factor ms incierto en el anlisis de

las operaciones de conformacin. Se emplean diversos mtodos de lubricacin para

aminorar todo lo posible las fuerzas de friccin.

La friccin entre la pieza y las herramientas originan tensiones cizallantes a lo largo de

las superficies en contacto verificndose:

/ = f

f depende del material que se trabaja, del de las herramientas, de la rugosidad de la

superficie, del lubricante, de la velocidad de deformacin y de la temperatura.

La friccin aumenta con el movimiento relativo de la pieza y herramienta, pero

disminuye apreciablemente para altas velocidades.


31

Suelen ser mayores en los trabajos en caliente debido a que la oxidacin empasta las

superficies del material.

En la presente seccin nos enfocaremos a los efectos de la friccin en las

operaciones de formado de metales y al uso de los lubricantes para mitigar estos

efectos

Friccin

1. Retarda el flujo del matal, ocasionando esfuerzos residuales.

2. Aumenta fuerzas y potencias requeridas.

3. Mayor desgaste de herramientas.

Lubricacin

1. En fro: aceites minerales, grasas, emulsiones en agua, jabones, etc..

2. En caliente: aceites minerales, grafito y vidrio.

Friccin en el formado de metales

La friccin en el formado de metales es diferente a la que se encuentra en la

mayora de los sistemas mecnicos, como cajas de engranes, rodamientos y otros

componentes que involucran un movimiento relativo entre las superficies. Estos casos

se caracterizan generalmente por bajas presiones de contacto, temperaturas entre

bajas y moderadas, y una lubricacin amplia para minimizar el contacto entre los

metales. Por el contrario, las condiciones en el formado de metales representan

presiones altas entre la superficie dura de la herramienta y la parte suave de trabajo,

deformacin plstica del material ms suave y altas temperaturas (al menos en el

trabajo en caliente). Estas condiciones pueden generar coeficientes de friccin

relativamente altos en el metal de trabajo, incluso con la adicin de lubricantes.


32

La friccin en el formado de metales surge debido al estrecho contacto entre las

superficies de la herramienta y el material de trabajo, y a las altas presiones que

soportan las superficies en estas operaciones. En la mayora de los procesos de

formado, la friccin es inconveniente por las siguientes razones: 1) retarda el flujo del

metal en el trabajo, ocasionando esfuerzos residuales y algunas veces defectos del

producto, 2) se incrementan las fuerzas y la potencia para desempear la operacin, 3)

ocurre un rpido desgaste de las herramientas. El desgaste de la herramienta puede

conducir a la prdida de la precisin dimensional, y por ende a la fabricacin de piezas

defectuosas y al reemplazo de las herramientas. Como las herramientas para formado

de metales son generalmente costosas, esto tiene una mayor importancia. La friccin y

el desgaste de las herramientas son ms severos en el trabajo en caliente, debido a las

condiciones ms rudas.

Si el coeficiente de friccin llega a ser lo suficientemente grande ocurre una

condicin conocida como adherencia. La adherencia en el trabajo de metales (tambin

llamada adherencia por friccin) es la tendencia de dos superficies en movimiento

relativo a pegarse una a la otra en lugar de deslizarse. Esto significa que el esfuerzo de

friccin entre las superficies excede al esfuerzo de flujo cortante del metal de trabajo,

ocasionando que el metal se deforme por un proceso de corte por debajo de la

superficie, en lugar de que ocurra un deslizamiento entre las superficies. La adherencia

ocurre en las operaciones de formado de metal y es un problema prominente en el

laminado.

Lubricantes en el formado de metales

Los lubricantes para el trabajo de los metales se aplican en la interfase

herramienta -trabajo en muchas operaciones de formado para reducir los perjudiciales

efectos de la friccin. Los beneficios que se obtienen de su aplicacin incluyen la

reduccin en la adherencia, en las fuerzas, en la potencia y en el desgaste de las

herramientas, as como un mejor acabado de la superficie en el producto final, Los

lubricantes tienen tambin otras funciones como reducir el calor de las herramientas.

Las consideraciones para escoger un lubricante apropiado para el trabajo de

metales incluyen el tipo de procesos de formado que se va a utilizar (laminado, forjado,

embutido de lmina metlica u otros), ya sea trabajo en caliente o trabajo en fro, as


33

como el material de trabajo, la reactividad qumica con la herramienta y con los metales

de trabajo (por lo general, es deseable que los lubricantes se adhieran a las superficies

para que sean ms efectivos en la reduccin de la friccin), facilidad de aplicacin,

toxicidad, inflamabilidad y costo.

Los lubricantes usados para operaciones de trabajo en fro incluyen aceites

minerales grasas y aceites grasos, emulsiones en agua, jabones y otros recubrimientos.

El trabajo en caliente se realiza algunas veces en seco para ciertas operaciones y

materiales (por ejemplo el laminado en caliente del acero y la extrusin de aluminio.

Cuando los lubricantes se usan para trabajo en caliente incluyen aceites minerales,

grafito y vidrio. El vidrio fundido se convierte en un lubricante efectivo para la extrusin

de aleaciones de acero. El grafito contenido en agua o aceite mineral es un lubricante

comn para el forjado en caliente de varios materiales de trabajo. En las referencias y

se encuentran tratados ms detallados de los lubricantes en el trabajo de metales.

1.10 DEFORMACION VOLUMETRICA EN EL TRABAJO DE METALES

En general se menciona estos procesos cuando se tiene una parte inicial ms

voluminosa que laminar, y las deformaciones son significativas con referencia a su

forma inicial.

Los procesos de deformacin volumtrica que se describen en esta seccin son:

1) laminado, 2) forjado, 3) extrusin, 4) estirado de alambre y barras. La seccin

tambin documenta las variantes y operaciones afines a estos cuatro procesos bsicos

que se han desarrollado a travs de los aos.

Estos proceso se pueden clasificar en: operaciones en fri o en caliente. Se

realiza las operaciones en fri cuando la deformacin no es tan significativa y se

requiere mejorar las propiedades mecnicas de las partes con un buen acabado

superficial. El trabajo en caliente se realiza cuando la deformacin es significativa

comparada con la parte original.

La importancia tecnolgica y comercial de los procesos de deformacin

volumtrica deriva de lo siguiente:

Con las operaciones de trabajo en caliente se pueden lograr cambios

significativos en la forma de las partes de trabajo.


34

Las operaciones de trabajo en fro se pueden usar no solamente para dar forma

al trabajo, sino tambin para incrementar su resistencia.

Estos procesos producen poco o ningn desperdicio como subproducto de la

operacin. Algunas operaciones de deformacin volumtrica son procesos deforma

neta o casi neta; se alcanza la forma final con poco o ningn maquinado posterior.


35

CAPITULO II

LAMINADO

2.1 PRODUCTOS LAMINADOS El laminado es un proceso de deformacin en el cual el metal pasa entre dos

rodillos y se comprime mediante fuerzas de compresin ejercidas por los rodillos. Los

rodillos giran, para jalar el material y simultneamente apretarlo entre ellos. Un proceso

estrechamente relacionado es el laminado de perfiles, en el cual una seccin

transversal cuadrada se transforma en un perfil, como por ejemplo un perfil I. El

laminado es un proceso de conformado en el cual se hace pasar al metal por trenes de

rodillos paralelos que le dan una forma progresivamente ms parecida a la deseada.

La mayora de los procesos de laminado involucra una alta inversin de capital, ya

que se requiere equipos pesados llamados molinos laminadores o de laminacin, El alto

costo de inversin requiere que la produccin sea en grandes cantidades y por lo

general artculos estndares como lminas y placas. La mayora de los productos

laminados se realizan en caliente debido a la gran cantidad de deformacin requerida, y

se le llama laminado en caliente. Los metales laminados en caliente estn

generalmente libres de esfuerzos residuales y sus propiedades son isotrpicas. Las

desventajas del laminado en caliente son que el producto no puede mantenerse dentro

de tolerancias adecuadas, y la superficie presenta una capa de xido caracterstica.


36

Examinemos la secuencia de pasos en un molino de laminacin para ilustrar la

variedad de productos que pueden hacerse. El trabajo empieza con un lingote de acero

fundido y recin solidificado. An caliente, el lingote se coloca en un horno donde

permanece por muchas horas, hasta alcanzar una temperatura uniforme en toda su

extensin, para que pueda fluir consistentemente durante el laminado. Para el acero, la

temperatura de laminacin es alrededor de 1200 C. La operacin de calentamiento se

llama recalentada, y los hornos en los cuales se lleva a cabo se llaman fosas de

recalentamiento

Figura N 2.1


37

Figura N 2.2. Diferentes Procesos deLaminacin


38

Figura N 2.3

El lingote recalentado pasa al molino de laminacin, donde se lamina para

convertirlo en una de las tres formas intermedias llamadas lupias, tochos o planchas.

Una lupia tiene una seccin transversal cuadrada de 150 mm de lado o mayor. Un

tocho se lamina a partir de una lupia, es de seccin transversal cuadrada de 38 mm por


39

lado o mayor. Una plancha se lamina a partir de un lingote o de una lupia y, tiene una

seccin rectangular de 250 mm de ancho o ms, y un espesor de 38 mm o ms. Estas

formas intermedias se laminan posteriormente para convertirlas en productos finales.

Las lupias se laminan para generar perfiles estructurales y rieles para ferrocarril.

Los tochos se laminan para producir barras y varillas. Estas formas son la materia prima

para el maquinado, estirado de alambre, forjado y otros procesos de trabajo de metales.

Las planchas se laminan para convertirlas en placas, lminas y tiras. Las placas

laminadas en caliente se usan para la construccin de barcos, puentes, calderas,

estructuras soldadas para maquinaria pesada, tubos y tuberas, y muchos otros

productos. La figura 3.7 muestra algunos de estos productos laminados de acero.

2.1 LAMINADO PLANO Y SU ANLISIS

Figura N 2.4


40

Figura N 2.5 Esquemas del proceso de laminacin y la deformacin de la estructura cristalina de los metales

El laminado plano se ilustra en las figuras, involucra el laminado de planchas,

tiras, lminas y placas, partes de trabajo de seccin transversal rectangular con un

ancho mayor que el espesor. En el laminado plano, se presiona el material de trabajo

entre dos rodillos de manera que su espesor se reduce


41

Cuando se usa una serie de operaciones de laminado la reduccin se toma como la

suma de los adelgazamientos dividida entre el espesor original.

Adems de reducir el espesor, el laminado incrementa usualmente el ancho del

material de trabajo. Esto se llama esparcido y tiende a ser ms pronunciado con bajas

relaciones entre espesor y ancho, as como con bajos coeficientes de friccin. Existe la

conservacin del material, de tal manera que el volumen de metal que sale de los

rodillos es igual al volumen que entra a los rodillos

Los rodillos entran en contacto con el material de trabajo, a lo largo de un arco de


42

contacto definido por el ngulo. Cada rodillo tiene un radio R y su velocidad de

rotacin, tiene una velocidad superficial vr . Esta velocidad es mayor que la velocidad de

trabajo vo y menor que la velocidad de salida vf . Como el flujo de metal es continuo,

hay un cambio gradual en la velocidad del material de trabajo entre los rodillos, Sin

embargo, existe un punto a lo largo del arco donde la velocidad de trabajo se iguala la

velocidad del rodillo. Este punto se llama punto de no deslizamiento, tambin conocido

como punto neutro. A cualquier lado de este punto, ocurren deslizamientos con friccin

entre el rodillo y el material de trabajo. La cantidad de deslizamiento entre los rodillos y

el material de trabajo puede medirse por medio del deslizamiento hacia adelante, este

trmino se usa en laminado y se define como:

El esfuerzo de fluencia promedio ser til para calcular las estimaciones de fuerza

y potencia en laminado.

La friccin se presenta en el laminado con un cierto coeficiente de friccin, la

fuerza de compresin de los rodillos, multiplicada por este coeficiente de friccin da por


43

resultado una fuerza de friccin entre los rodillos y el material de trabajo. En el lado de

la entrada, fuerza de friccin tiene una direccin; en el otro lado, tiene la direccin

opuesta. Sin embargo, las dos fuerzas no son iguales. La fuerza de friccin es mayor en

la entrada, de manera que la fuerza neta que jala el material de trabajo a travs de los

rodillos. El laminado no sera posible sin estas diferencias. Hay un lmite para el mximo

d posible que puede alcanzar el laminado plano con un coeficiente de friccin, dado por

La ecuacin indica que si la friccin fuera cero, el adelgazamiento podra ser cero

y esto hara imposible la operacin de laminado

El coeficiente de friccin en el laminado depende de varios factores como

lubricacin, material de trabajo y temperatura de laminado, en la tabla se dan algunos

valores tpicos de coeficientes de friccin segn el tipo de laminado.

El laminado en caliente se caracteriza frecuentemente por una condicin llamada

adherencia en la cual la superficie caliente del material de trabajo se pega a los rodillos


44

sobre el arco de contacto. Esta condicin ocurre frecuentemente en el laminado de

aceros y aleaciones para alta temperatura. Cuando ocurre la adherencia, el coeficiente

de friccin puede ser tan alto como 0.7. La consecuencia de la adherencia es que las

capas superficiales del material de trabajo no se pueden mover a la misma velocidad

que la velocidad del rodillo vr y debajo de la superficie la deformacin es ms severa a

fin de permitir el paso d

e la pieza a travs de la abertura entre los rodillos.

Dado un coeficiente de friccin suficiente para realizar el laminado, la fuerza F

requerida para mantener la separacin entre los dos rodillos se puede calcular

integrando la presin unitaria de laminado sobre el rea de contacto rodillo-material de

trabajo. Esto se puede expresar como sigue:

La integracin requiere dos trminos separados, uno a cada lado del punto neutro.

Las variaciones, en la presin del rodillo a lo largo de la longitud de contacto son

significativas. La figura da una idea de esta variacin. La presin alcanza un mximo en

el punto neutro y se desvanece a cada lado de los puntos de entrada y salida. Al

aumentar la friccin, la presin se incrementa al mximo relativo entre los valores de

entrada y salida. Al disminuir la friccin el punto neutro se corre hacia la salida a fin de

mantener una fuerza neta que jale el material en la direccin del laminado. De otra


45

forma, con una baja friccin, el material de trabajo podra deslizarse en lugar de pasar

entre los rodillos.

Distribucin de la carga ejercida por los rodillos.

Fuerza requerida para mantener la separacin de los rodillos:

Aproximacin: F = Yf w L L = R (to tf) T = F L / 2 P = T = T 2 N = F L N

Tensin a la entrada, a la salida o ambas (disminucin de Yf)


46

Figura N 2.6

Se puede calcular una aproximacin de los resultados, con base en el esfuerzo de

fluencia promedio que experimenta el material durante el proceso de laminado. Esto es


47

El momento de torsin en laminado se puede estimar suponiendo que la fuerza

ejercida por los rodillos se centra en el material de trabajo, conforme pasa entre ellos y

acta con un brazo de palanca de la mitad de la longitud de contacto L. Entonces, el

momento de torsin para cada rodillo es:

La potencia requerida para mover cada rodillo es el producto del momento de

torsin y la velocidad angular. La velocidad angular es N /30 , donde N = velocidad de

rotacin del rodillo en (rev/min).

As, la potencia para cada rodillo es

Al sustituir en la expresin anterior para la potencia de un rodillo, y al duplicar el

valor, ya que un molino de laminado posee dos rodillos, obtenemos la siguiente

expresin.


48

EJEMPLO 2.1, laminado plano

Una tira con un ancho de 300 mm y 25 mm de espesor se alimenta a travs de un

molino laminador dedos rodillos de 250 mm de radio cada uno. El espesor de material

de trabajo se reduce a 22 mm en un paso, a una velocidad de 5 rad/seg. El material de

trabajo tiene una curva de fluencia definida por K =276 MPa y n = 0.15, se asume que

el coeficiente de friccin entre los rodillos y el trabajo es 0.12.Determine si la friccin es

suficiente para realizar la operacin de laminado. Si es as, calcule la fuerza

delaminado, el momento de torsin y la potencia en caballos de fuerza.Solucin:La

reduccin del espesor d que se intenta en esta operacin de laminado es:

d =25 22 =3mm

De la ecuacin 3.13 el dmax posible para el coeficiente de friccin dado es:

dmax = 2 R = 0.12

2 *250 =3.6mm

Como el adelgazamiento permisible mximo excede la reduccin que se pretende, es

posible la operacin de laminado. Para calcular la fuerza de laminado necesitamos la

longitud de contacto L y el esfuerzo de fluencia promedio . La longitud de contacto

est dada por la ecuacin 3.16.


49

En este ejemplo se puede observar que se requieren grandes fuerzas y

potencias para el laminado. La inspeccin de las ecuaciones indica que pueden

reducirse la fuerza y la potencia para laminar una tira de ancho y material dados, por

cualquiera de los siguientes medios 1) uso de laminado en caliente en lugar de

laminado en fro para reducir la resistencia y el endurecimiento por deformacin (K y n)

del material de trabajo, 2) reducir d en cada paso, 3) utilizacin de un menor radio en el

rodillo R; y 4) utilizando menor velocidad de laminacin N para reducir la potencia.

2.3 LAMINADO DE PERFILES

En el laminado de perfiles, el material de trabajo se deforma y se generar un

contorno en la seccin transversal. Los productos hechos por este procedimiento

incluyen perfiles de construccin como perfiles en I, en L y canales en U; rieles para

vas de ferrocarril y barras redondas y cuadradas, as como varillas. El proceso se


50

realiza pasando el material de trabajo a travs de rodillos que tienen impreso el reverso

de la forma deseada.

La mayora de los principios que se aplican al laminado plano son aplicables al

laminado de perfiles. Los rodillos formadores son ms complicados; y el material inicial,

de forma generalmente cuadrada, requiere una transformacin gradual a travs de

varios rodillos para alcanzar la seccin final. El diseo de la secuencia de las formas

intermedias y los correspondientes rodillos s llama diseo de pases de laminacin Su

meta es lograr una deformacin uniforme a travs de las secciones transversales de

cada reduccin. De otra forma ciertas porciones de trabajo se reducen ms que otras,

causando una mayor elongacin en estas secciones. Las consecuencias de una

reduccin no uniforme pueden ser torceduras y agrietamiento del producto laminado.

Se utilizan rodillos horizontales y verticales para lograr una reduccin consistente del

material de trabajo.

2.4 MOLINOS LAMINADORES

Se dispone de varias configuraciones para los molinos laminadores que manejan

una variedad de aplicaciones y problemas tcnicos en los procesos de laminacin. El

molino de laminacin bsico consiste en dos rodillos opuestos y se denomina molino de

laminacin de dos rodillos. Los rodillos en estos molinos tienen dimetros que van de

0.6 a 1.4 m. La configuracin dos rodillos puede ser reversible o no reversible. En el

molino no reversible los rodillos giran siempre en la misma direccin y el trabajo

siempre pasa a travs del mismo lado. El molino reversible permite la rotacin de los

rodillos en ambas direcciones, de manera que el trabajo puede pasar a travs de

cualquier direccin. Esto permite una serie de reducciones que se hacen a travs del

mismo juego de rodillos, pasando simplemente el trabajo varias veces desde

direcciones opuestas. La desventaja de la configuracin reversible es el momento

angular significativo debido a la rotacin de grandes rodillos, y los problemas tcnicos

asociados a la reversibilidad de la direccin.


51

Figura N 2.7

En la figura se ilustran algunos arreglos alternativos. En la configuracin de tres

rodillos, hay tres rodillos en una columna vertical y la direccin de rotacin de cada

rodillo permanece sin cambio. Para lograr una serie de reducciones se puede pasar el

material de trabajo en cualquier direccin, ya sea elevando bajando la tira despus de

cada paso. El equipo en un molino de tres rodillos se vuelve ms complicado debido al

mecanismo elevador que se necesita para elevar o bajar el material de trabajo.

Como indican las ecuaciones anteriores, se ganan algunas ventajas al reducir el

dimetro de los rodillos. La longitud de contacto entre los rodillos y el trabajo se reduce

con un menor radio de los rodillos y esto conduce a fuerzas ms bajas, menor momento

de torsin, y menor potencia. En los molinos de cuatro rodillos se usan dos rodillos de

dimetro menor para hacer contacto con el trabajo y dos rodillos detrs como respaldo,

Debido a las altas fuerzas de laminado, los rodillos menores podran desviarse

elsticamente con el paso de la laminacin, s no fuera por los rodillos ms grandes de

respaldo que los soportan. Otra configuracin que permite el uso de rodillos menores

contra el trabajo es el molino en conjunto o racimo.


52

Figura N 2.8


53

Figura N 2.9 . Tipos de molinos.

Para lograr altas velocidades de rendimiento en los productos estndar se usa

frecuentemente un molino de rodillos tndem. Esta configuracin consiste en una serie

de bastidores de rodillos como se aprecia. Aunque slo se muestran tres bastidores en

nuestro diagrama un molino laminador en tndem puede tener ocho o diez pares de

rodillos, y cada uno realiza una reduccin en el espesor o un refinamiento en la forma

del material de trabajo que pasa entre ellos. A cada paso de laminacin se incrementa

la velocidad haciendo significativo el problema de sincronizar las velocidades de los

rodillos en cada etapa.

Los molinos de laminacin se clasifican de acuerdo a la Fig. El molino de dos

rodillos fue el primero y el ms simple pero su capacidad de produccin tiende a ser

baja debido al tiempo que se pierde al tener que regresar el metal al frente del tren o


54

molino. Obviamente esto condujo al molino reversible de dos rodillos donde el metal

puede ser laminado en ambas direcciones. Este molino est limitado por la longitud que

puede manejar y si la velocidad de laminado se aumenta, el resultado casi es el mismo

debido al incremento del tiempo requerido para invertir la rotacin en cada pasada. Lo

anterior fija una longitud mxima econmica de alrededor de 10 m.

El siguiente obvio desarrollo fue el molino de laminacin de tres rodillos, el cual

tena las ventajas de los molinos reversibles de dos rodillos. Estos molinos deben tener,

por supuesto, mesas elevables en ambos lados de los rodillos. La holgura en un molino

de tres rodillos no puede ser ajustada entre pasadas, por ello deben cortarse ranuras o

canales en la superficie del rodillo para lograr diferentes reducciones. Los tres tipos de

molinos de laminacin, tienen la desventaja de que todas las etapas del laminado son

efectuadas en la misma superficie del rodillo y la calidad de la superficie del producto

tiende a ser baja. Los cambios de rodillo en estos molinos son relativamente frecuentes

y requieren de tiempo. Es por ello que este tipo de molinos se usa para el laminado

primario, donde se requiere un rpido cambio de forma, aun a expensas de la calidad

de la superficie.

Los molinos de cuatro rodillos son un tipo especial del molino de dos rodillos, en

un intento por reducir la carga de laminado el dimetro del rodillo de trabajo se

disminuye.

Existe, sin embargo, el riesgo de que el rodillo se flexione, lo cual se evita

soportando los pequeos rodillos de trabajo por rodillos grandes de apoyo. El dimetro

de los rodillos de apoyo, no puede ser mayor que 2 a 3 veces el de los rodillos de

trabajo, y como el dimetro de los rodillos de trabajo se disminuye ms y ms (para

adecuarse a procesos con cargas de laminado excesivamente altas), el tamao de los

rodillos de apoyo debe tambin disminuir. Se llega a un punto en que los rodillos de

apoyo en si mismos, comienzan a flexionarse y requieren ser apoyados, lo cual da lugar

al diseo ms avanzado (el molino mltiple).


55

La crtica principal al molino tradicional es la tendencia de los rodillos a flexionarse,

debido a su diseo inherente (el principio de la viga).

Figura N 2.10 Metal bajo la accin e los rodillos

Sendzimir propuso un diseo que eliminaba esta limitacin, basado en el principio del

castor, donde el rodillo de trabajo es soportado en toda su cara por un arreglo de

rodillos de apoyo.

Figura N 2.11 . Propuesta de apoyo de Sendzimir.

La fotografa muestra un molino de este tipo que tiene rodillos de trabajo sumamente

pequeos (10 mm), el cual puede usarse para procesos en los que se esperan cargas

de laminado extremadamente altas, y los rodillos de trabajo pueden cambiarse con

facilidad. Este principio puede aplicarse a molinos ms grandes y una instalacin para

laminar acero inoxidable de 1600 mm de ancho est equipada con rodillos de trabajo de

85 mm de dimetro.


56

Figura N 2.12 . Arreglo de rodillos en un molino Sendzimir.


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Los molinos continuos de laminacin pueden clasificarse de acuerdo al arreglo de los

bastidores de los rodillos o pases. Estos son molinos continuos de laminacin en lnea,

y en lnea de frente con bastidores en circuito cerrado o abierto.

Figura N 2.13 . Clasificacin de molinos de acuerdo con el arreglo de bastidores.


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Los molinos en circuito abierto o cerrado requieren que la pieza de trabajo sea doblada

o girada entre cada bastidor o castillo, y por ello se usan para laminar barras, rieles o

secciones. Loas molinos continuos se usan para placas, tiras u hojas. Todos ellos

requieren de una gran inversin y slo se justifican cuando se tiene garantizada una

alta demanda del producto.

2.5 EFECTOS DE LA CARGA DE LAMINADO

Es esencial en los procesos de deformacin de metales que la herramienta est

cargada slo en forma elstica mientras la pieza de trabajo fluye plsticamente. Esta

deformacin elstica es, por lo general, tan pequea que puede ignorarse, pero ste no

es el caso en el laminado. Existen dos razones. Una es que las cargas y esfuerzos de

laminado pueden ser muy grandes, especialmente cuando la pieza de trabajo es

delgada y endurecida por trabajo. La otra es que la herramienta en el laminado

comprime todo el molino rodillo y carcaza que tiene dimensiones medibles en metros.

Esta combinacin puede resultar en grandes deformaciones debidas a la deformacin

elstica dividida entre la extensin del bastidor del molino (resorteo del molino), y el

aplastamiento y flexionamiento de los rodillos.

2.6 APLASTAMIENTO DE LOS RODILLOS

La pieza de trabajo pasando entre un par de rodillos es comprimida por el esfuerzo

radial aplicado a ella, pero la reaccin es transferida a la carcaza y a los rodamientos

del molino, los cuales tienen una cedencia limitada debido a sus grandes dimensiones.

Si se intenta comprimir materiales delgados y duros, la reaccin se vuelve tan grande

que los rodillos se deforman elsticamente y el radio de curvatura del arco de contacto

es aumentado. La extensin de este aplastamiento depende de la magnitud del

esfuerzo de reaccin y de las constantes elsticas de los rodillos.


59

Figura N 2.14 Reaccin del metal ocasionando aplastamiento en los rodillos.

2.7 FLEXIONADO O COMBADURA DE RODILLOS

Los molinos del tipo de cuatro rodillos, agrupado o Sendzimir han sido desarrollados

con intencin de eliminar la flexin de los rodillos, ya que cualquier deflexin da lugar a

que el metal producido sea ms grueso en su centro que en sus orillas.

Mientras que esto sea posible, tal forma resultar en un producto fuera de tolerancia de

calibre, el problema mayor es la prdida de forma. El metal se alarga ms en sus orillas

que en su lnea de centro, resultando en diferentes longitudes a travs del ancho.

Figura N 2.15 Flexin del rodillo


60

Esto slo puede ser acomodado por plegado o arrugado con la consecuente prdida de

planicidad. Una vez que la tira de metal ha perdido su forma de esta manera, nunca

puede recuperarla y debe ser desechada.

Los intentos para evitar o limitar el flexionado de los rodillos involucran entre otros la

disminucin de la carga de laminado. Esto ha dado lugar a rodillos de trabajo pequeos

y a molinos de cuatro rodillos. Pero aun con este tipo de molinos ocurre cierta flexin y

sta es arreglada abombando los rodillos, es decir, dndoles forma de barril.

La carga de laminado todava flexiona los rodillos, pero el perfil adyacente al material

que se est laminando est recto. Debe notarse, sin embargo, que slo existe un valor

de la carta de laminado que produce este perfil plano.

Figura N 2.16 Perfil del rodillo superior y efecto de la carga de laminado.

Con el laminado continuo de varios bastidores, la tensin entre cada bastidor se

ajusta para mantener la carga de laminado en un valor constante y as lograr una

superficie plana. Este es un aspecto importante del control de la forma en laminado de

tiras.

Un desarrollo reciente ha sido la introduccin de gatos hidrulicos en los cuellos

de los rodillos, de este modo se altera la combadura de los rodillos mediante una flexin


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a los mismos. A la fecha los resultados indican que este mtodo tendr mucho xito en

el control de la forma de las tiras.

Todos los mtodos descritos hasta ahora involucran el laminado continuo donde

puede emplearse tensin entre bastidores o al principio o final del molino continuo. En

el laminado de hojas individuales esta tcnica para controlar la carga de laminado no

puede usarse y, por tanto, el problema de controlar la forma se ataca de otra manera.

Cook y Parker, en 1953 proyectaron una tcnica para calcular secuencias de laminado

racionales, es decir, una secuencia de pasadas en los rodillos que para un metal dado,

produciran la misma carga de laminado en cada pasada.

2.8 RESORTEO DEL MOLINO O DISTORSIN PLSTICA

A la reaccin de la carga de laminado se le llama fuerza de separacin de

rodillos y si stos no estuvieran sujetos en el cabezal del molino, tenderan a separarse

y la reduccin del metal no sera posible. El rodillo superior empuja hacia arriba la parte

superior del cabezal, mientras que el rodillo inferior empuja hacia abajo la base del

mismo cabezal. En tal virtud, el cabezal est sujeto a esfuerzos de tensin, los cuales

obviamente son menores que el esfuerzo de cedencia del acero fundido conque

normalmente se construyen, pero existe una deformacin elstica que puede ser

medida. Su magnitud depende de a) la carga de laminado, b) la seccin transversal del

cabezal, y c) de la altura del cabezal. Si la extensin de esta deformacin es pequea,

se dice que el molino es rgido o duro, mientras que si es grande, se dice que el molino

es suave o elstico. Esta deformacin del cabezal obviamente afectar el calibre del

metal producido. Por ejemplo, si la holgura del molino se fija a 3 mm antes de alimentar

el material a ser laminado, la entrada del metal provee la fuerza que origina que el

cabezal se estire y que la holgura se incremente a digamos, 3.05 mm. El metal

producido ser de 3.05 mm de espesor en lugar de 3.00 mm. Al ajuste de los rodillos

antes de que entre el metal se le llama holgura pasiva de los rodillos, mientras que a la

holgura real producida cuando pasa el metal a travs de ella, se le llama holgura activa

de los rodillos. Es importante conocer la relacin entre las holguras pasiva y activa. Esta

relacin se denomina mdulo del molino.


62

2.9 CONTROL AUTOMATICO DEL CALIBRE

El calibre de una pieza laminada de metal puede variar a todo su ancho o a toda su

longitud. Normalmente la variacin a travs del ancho est asociada con el control de la

forma. La variacin a travs de la longitud se asocia con el control de calibre, el cual se

ha transformado en un factor de primera importancia en el laminado moderno de tiras.

Las demandas de los compradores de tolerancia cada vez ms cerrada en calibre,

coincide con las siempre en aumento velocidades del molino, y para evitar la

produccin de grandes cantidades de material "fuera de calibre", los molinos de tiras

modernos invariablemente incluyen un control automtico de calibre. Este equipo

corrige el molino siempre que se est produciendo material "fuera de calibre". Puesto

que las correcciones no pueden aplicarse hasta que el material fuera de calibre ha

pasado a travs de dispositivos sensores, una proporcin de tal material est siempre

presente en el producto. Este es un sistema correctivo; un sistema mucho mejor sera

uno basado en la anticipacin, colocando sensores antes del molino y usando las

seales para variar la holgura de tal manera que se produjera material "en calibre" todo

el tiempo. En la prctica no ha sido posible implementar tal sistema, ya que todos los

parmetros del metal que pueden afectar la holgura activa de los rodillos, deben ser

continuamente monitoreados e interpretados. Estos incluyen: esfuerzo de cedencia,

calibre a la entrada, ancho, condicin de la superficie, y lograr esto en tiras que se

mueven a velocidades de hasta 50 m/s es impracticable por el momento. Debido a lo

anterior el sistema correctivo an se usa, con su desventaja inherente de producir

siempre algo de material fuera de calibre, pero tiene la ventaja prctica de que

solamente un parmetro, es decir, el calibre de salida necesita ser monitoreado.

Los primeros sistemas de calibre automtico usaban radiacin y y para medir el

espesor. Estos eran colocados a una distancia de la salida del molino y los valores

instantneos del calibre eran alimentados a un dispositivo el cual ajustaba los tornillos

del molino, corrigindose de este modo la holgura de los rodillos. Esta tcnica, sin

embargo, padeca de una limitacin llamada Velocidad - Retardacin.


63

El calibre es monitoreado en B el cual en este caso est a una distancia de la salida del

molino A. Si el material en B es muy grueso, la seal origina que el sistema de control

empiece a cerrar la holgura. Cuando la holgura est en el valor correcto, la seal desde

B es todava de producto grueso y el cierre continuar "sobrepasando" el ajuste

correcto. Conforme el material delgado pasa desde A a B, el proceso comienza a

invertirse y ocasiona un "seguimiento" en el sistema de control. Esto puede subsanarse

insertando un dispositivo electrnico de retardamiento de manera que el ajuste del

tornillo se efecte en bloques de tiempo en lugar de continuamente.

Figura N 2.17 Esquema general del control automtico del calibre.

Aun con esta tcnica, grandes cantidades de material fuera de calibre pueden

producirse. Mientras ms cerca est el monitor de la holgura de los rodillos, menor ser

el efecto Velocidad - Retardacin, y en los molinos modernos el fenmeno ha sido

eliminado usando cambios en las dimensiones del cabezal, las cuales estn

relacionadas con los cambios en la holgura de los rodillos. La Asociacin Britnica de

Investigacin del Hierro y el Acero fue pionera en el uso de medidores de deformacin


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por resistencia para la medicin de la fuerza de separacin de rodillos. Las seales

obtenidas de tales dispositivos se han usado para activar arietes hidrulicos o motores

para bajar los tornillos para ajustar la holgura. Estas tcnicas son llamadas mtodos de

control S o SD. En el mtodo T la tensin del enrollador se mide y su ajuste se usa para

controlar la forma o el calibre.

CONTROL AUTOMTICO DE CALIBRE - MTODO T _(CA C - T)7

Si uno de los parmetros de las tiras que entran a un molino aumenta, la carga para

llevar a cabo la deformacin aumenta. Esto a su vez, causar un incremento en la

fuerza de separacin de los rodillos y en la holgura activa de los mismos. La tira que

sale del molino en consecuencia ser ms gruesa y posiblemente "fuera de calibre". La

correccin puede lograrse si se reduce la carga en los rodillos a su valor original, ya que

esto origina que la holgura activa de los rodillos retorne a su magnitud anterior. Una

manera de lograr esto es alterando la tensin trasera o de entrada sobre la tira -si sta

se incrementa, como se explic con anterioridad, el esfuerzo requerido para deformar el

metal disminuir y, por tanto, la carga de laminado tambin. Este es el principio del

CAC-T. La carga de laminado es monitoreado continuamente por medidores de

deformacin, ya sean colocados en el cabezal del molino o entre los elevadores de

tornillos y los rodamientos de los rodillos. Las variaciones en la fuerza de separacin de

los rodillos y, por tanto, en la holgura activa de los rodillos, son instantneamente

detectadas y las correcciones se aplican rpidamente en respuesta a seales

elctricas.

Este mtodo tiene varias desventajas. No puede usarse en laminado en caliente e

impide el uso de tensin entre bastidores como medio para el control de la forma, Los

molinos de laminacin modernos no usan CAC-T y utilizan variaciones de la tensin

entre bastidores para el control de la forma.

CONTROL AUTOMTICO DE CALIBRE-MTODO SD (CAC-SD)8

El principio de este mtodo se resume en la Fig 2.18. Con material con calibre a la

entrada GO, y el molino ajustado a una holgura pasiva G, una carga de laminado L, se


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genera para dar un calibre de salida G.. Si el calibre de entrada se incrementa a G,,,, la

holgura activa de los rodillos aumenta a G,', y probablemente se producirn tiras fuera

de calibre, debido al hecho de que la carga de laminado ha aumentado a L2. Para

corregir esto la holgura pasiva de los rodillos debe cerrarse a G,, incrementndose con

esto la carga de laminado a 1-3. (Ntese la diferencia entre el mtodo CAC-T y el CAC-

SI) en que en el primero la correccin se logra reduciendo la carga de laminado,

mientras que en el segundo la carga de laminado es aumentada.)

Figura N 2.18 Control automtico de calibre - mtodo sd (cac - sd)

CONTROL AUTOMTICO DE CALIBRE-MTODO S (CAC-S)9

Este es un intento para solucionar las dos mayores desventajas del mtodo CAC-SD; el desgaste

que ocurre en los tornillos y unidades del molino y la alta inercia de los grandes y pesados

tornillos del molino. La tcnica fue descrita por Sims y Slackg y est basada exactamente en los

mismos principios del mtodo CAC-SD, excepto que la holgura pasiva de los rodillos se controla

por medio de arietes hidrulicos, los cuales se colocan alrededor de los tornillos y tienen poca o

ninguna inercia y sin problemas de desgaste.

Procesos de Manufactura

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