Laminação de Metais

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Definição - O que é Laminação
Processo de conformação mecânica que consiste em modificar a seção transversal de um metal na forma de barra, lingote, placa, fio, tira, etc., pela sua passagem entre dois cilindros paralelos girando em sentidos opostos, com a mesma velocidade inicial. Podem apresentar geratriz retilínea (laminação de produtos planos) ou canais entalhados em diferentes formatos (laminação de produtos não planos). Evidentemente, a distância entre os dois cilindros deve ser menor que a espessura inicial da peça metálica. O material, desta forma, é estirado, tendo o seu comprimento aumentado. É o processo de conformação mecânica mais utilizado, visto que apresenta alta produtividade e um controle dimensional do produto acabado que pode ser bastante preciso. Na laminação o material é submetido a tensões compressivas elevadas, resultantes da ação de prensagem dos rolos e a tensões cisalhantes superficiais, resultantes do atrito entre os rolos e o material. As forças de atrito são também responsáveis por "puxar" o metal para dentro dos cilindros. A redução inicial dos lingotes em blocos, tarugos ou placas é realizada normalmente por laminação a quente. Depois desta fase segue-se uma nova etapa de laminação a quente para transformar o produto em chapas grossas, tiras, vergalhões, barras, tubos, trilhos ou perfis estruturais. A laminação a frio que pode ocorrer após produz peças de excelente acabamento superficial, com boas propriedades mecânicas e controle dimensional do produto final bastante rigoroso. Assim, até a laminação final o material poderá ser submetido a várias passagens pelos cilindros. Os produtos resultantes da laminação podem ser placas, chapas, barras de diferentes seções, trilhos, perfis diversos, anéis e tubos.
LAMINAÇÃO
É um processo de transformação mecânica que consiste na redução da seção transversal por compressão do metal, por meio da passagem entre dois cilindros de aço ou ferro fundido com eixos paralelos que giram em torno de si mesmos. Esta seção transversal é retangular e refere-se a produtos laminados planos de alumínio e suas ligas, compreendendo desde chapas grossas com espessuras de 150 mm, usadas em usinas atômicas, até folhas com espessura de 0,005 mm, usadas em condensadores. Existem dois processos tradicionais de laminação de alumínio: laminação a quente e laminação a frio. Atualmente, a indústria também utiliza-se da laminação contínua. 
Os principais tipos de produtos laminados são: chapas planas ou bobinadas, folhas e discos. Esses semimanufaturados têm diversas aplicações em setores como transportes (carrocerias para ônibus, equipamentos rodoviários, elementos estruturais, etc.), construção civil (telhas, fachadas, calhas, rufos, etc.), embalagens (latas, descartáveis e flexíveis) e bens de consumo (panelas, utensílios domésticos, etc.).
LAMINAÇÃO A QUENTE
Promove reduções da seção transversal com o metal a uma temperatura mínima de aproximadamente 350°C (igual à temperatura de recristalização do alumínio). A ductilidade do metal a temperaturas desta ordem é máxima e, nesse processo ocorre, a recristalização dinâmica na deformação plástica. O processo transcorre da seguinte forma:
1) Uma placa (matéria-prima inicial) é produzida na refusão, por meio de fundição semicontínua ou em molde com seção transversal retangular.
A placa pode sofrer uma usinagem superficial (faceamento) para remoção da camada de óxido de alumínio, dos grãos colunares (primeiro material solidificado) e das impurezas provenientes da fundição.
2) Posteriormente, a placa é aquecida até tornar-se semiplástica.
3) A laminação a quente se processa em laminadores reversíveis duplos (dois cilindros) ou quádruplos (dois cilindros de trabalho e dois de apoio ou encosto).
4) O material laminado é deslocado, a cada passada, por entre os cilindros, sendo que a abertura dos mesmos define a espessura do passe. A redução da espessura por passe é de aproximadamente 50% e depende da dureza da liga que está sendo laminada. No último passe de laminação, o material apresenta-se com espessura ao redor de 6mm, sendo enrolado ou cortado em chapas planas, constituindo-se na matéria-prima para o processo de laminação a frio.
Concepções mais modernas do processo de laminação a quente podem apresentar em linha, após o desbastamento, em um laminador reversível, uma cadeia de vários laminadores, denominada de "tandem", que reduz a espessura do material para cerca de 2 mm. 
LAMINAÇAO A FRIO
Realiza-se a temperaturas bem inferiores às de recristalização do alumínio. A matéria-prima é oriunda da laminação a quente. A laminação a frio é executada, geralmente, em laminadores quádruplos, reversíveis ou não, sendo este último mais empregado. O número de passes depende da espessura inicial da matéria-prima, da espessura final, da liga e da têmpera do produto desejado. Os laminadores estão dimensionados para reduções de seções entre 30% e 70% por passe, dependendo, também, das características do material em questão. Laminadores mais sofisticados possuem sistemas computadorizados de controle de espessura e de planicidade. Na laminação a frio utilizam-se dois recursos: tensões avante e tensões a ré. 
Ambas aliviam o esforço de compressão exercido pelos cilindros ou aumentam a capacidade de redução por passe. Estes recursos são também responsáveis pela redução da espessura no caso de laminação de folhas finas, em que os cilindros de laminação estão em contato e praticamente sem abertura perceptível.
A deformação a frio confere encruamento ao alumínio. Aumenta os limites de resistência à tração e ao escoamento, com diminuição do alongamento. Esse procedimento produz um metal com bom acabamento superficial e preciso controle dimensional. 
Os produtos laminados de alumínio são utilizados em todas as operações metalúrgicas usuais de chapas, incluindo aquelas que exigem do metal de excepcional ductilidade, como é o caso de processos como estampagem, extrusão por impacto, perfilação (roletagem), etc. Recozimentos intermediários podem ser realizados para amolecimento (recristalização) e para facilitar posterior laminação ou determinar têmperas específicas. 
Os produtos laminados a frio mais finos (folhas), com espessura de até 0,005 mm, são produzidos em laminadores específicos, que concebem o processo de laminação de folhas dupladas com lubrificação entre elas.
LAMINAÇÃO CONTINUA
Outro processo atualmente muito utilizado é o de laminação contínua que elimina a etapa de laminação a quente. O alumínio é solidificado entre dois cilindros refrigerados internamente por água, que giram em torno de seus eixos, produzindo uma chapa com seção retangular e espessura aproximada de 6mm. Posteriormente, esta chapa é enrolada, obtendo-se assim um produto similar àquele obtido por laminação a quente. Porém, este produto apresentará uma estrutura bruta de fusão bastante refinada, dada a alta eficiência do refinador de grão utilizado no vazamento.
SEGUNDO MATERIAL DE ESTUDOS 
O que é:
 
É o processo de conformação mecânica que consiste em modificar a seção transversal de um metal na forma de barra, lingote, placa, fio, ou tira, etc., pela passagem entre dois cilindros com geratriz retilínea (laminação de produtos planos) ou contendo canais entalhados de forma mais ou menos complexa (laminação de produtos não planos), sendo que a distância entre os dois cilindros deve ser menor que a espessura inicial da peça metálica.
 
Usos – vantagens: É o processo de transformação mecânica de metais mais utilizado, pois, apresenta alta produtividade e um controle dimensional do produto acabado que pode ser bastante preciso.
 
Esforços envolvidos - na laminação o material é submetido a tensões compressivas elevadas, resultantes da ação de prensagem dos rolos e a tensões cisalhantes superficiais, resultantes do atrito entre os rolos e o material. As forças de atrito são também responsáveis pelo ato de "puxar" o metal para dentro dos cilindros.
 
Etapas- A redução ou desbaste inicial dos lingotes em blocos, tarugos ou placas é realizada normalmente por laminação a quente. Depois dessa fase segue-se uma nova etapa de laminação a quente para transformar o produto em chapas grossas, tiras a quente, vergalhões, barras, tubos, trilhos ou perfis estruturais. A laminação a frio que ocorre após a laminação de tiras a quente produz tiras a frio de excelente acabamento superficial, com boas propriedades mecânicas e controle dimensional do produto final bastante rigoroso.
 
1 - Laminadores:
 
Um laminador consiste basicamente de cilindros (ou rolos), mancais, uma carcaça chamada de gaiola ou quadro para fixar estas partes e um motor para fornecer potência aos cilindros e controlar a velocidade de rotação. As forças envolvidas na laminação podem facilmente atingir milhares de toneladas, portanto é necessária uma construção bastante rígida, além de motores muito potentes para fornecer a potência necessária. O custo, portanto de uma moderna instalação de laminação é da ordem de milhões de dólares e consome-se muitas horas de projetos uma vez que esses requisitos são multiplicados para as sucessivas cadeiras de laminação contínua (“tandem mill”).
Utilizam-se variadas disposições de cilindros na laminação, o mais simples é constituído por dois cilindros de eixo horizontais, colocados verticalmente um sobre o outro. Este equipamento é chamado de laminador duo e pode ser reversível ou não. Nos duos não reversíveis, figura (a), o sentido do giro dos cilindros não pode ser invertido e o material só pode ser laminado em um sentido. Nos reversíveis, figura (b), a inversão da rotação dos cilindros permite que a laminação ocorra nos dois sentidos de passagem entre os rolos. No laminador trio, figura (c), os cilindros sempre giram no mesmo sentido. Porém, o material pode ser laminado nos dois sentidos, passando-o alternadamente entre o cilindro superior e o intermediário e entre o intermediário e o inferior.
À medida que se laminam materiais cada vez mais finos, há interesse em utilizar cilindros de trabalho de pequeno diâmetro. Estes cilindros podem fletir, e devem ser apoiada por cilindros de encosto (apoio), figura (d). Este tipo de laminador denomina-se quádruo, podendo ser reversível ou não. Quando os cilindros de trabalho são muito finos, podem fletir tanto na direção vertical quanto na horizontal e devem ser apoiados em ambas as direções; um laminador que permite estes apoios é o Sendzimir, figura (e). Um outro laminador muito utilizado é o universal, que dispõe de dois pares de cilindros de trabalho, com eixos verticais e horizontais, figura (f). Existem outros tipos de laminadores mais especializados, como o planetário, “passo peregrino”, Mannesmann, de bolas, etc.
a)Laminador Duo b)Laminador Duo reversível c)Laminador Trio d)Laminador Quádruo
e) Laminador Sendzimir
f) Laminador universa
A figura da esquerda abaixo, mostra uma vista esquemática de um laminador duo, constituído por um quadro, dois cilindros de trabalho e os mancais nos quais giram os cilindros. Neste laminador o cilindro inferior é fixo e o cilindro superior pode mover-se, durante a operação, através de um sistema de parafusos. Este movimento também pode ter acionamento hidráulico.
Os quadros são construídos de aço ou ferro fundido e podem ser do tipo aberto ou fechado. O quadro fechado é constituído por uma peça inteiriça e os cilindros devem ser colocados ou retirados por um movimento paralelo ao seu eixo. A parte superior do quadro aberto é removível e denomina-se chapéu; neste caso, os cilindros são retirados por um movimento vertical, após a remoção do chapéu, figura da direita. O quadro fechado é mais resistente que o aberto, mas apresenta maiores problemas para troca de cilindros.
Os cilindros de laminação são de aço fundido ou forjado, ou de ferro fundido, coquilhados ou não; compõem-se de três partes, figura abaixo: a mesa, onde se realiza a laminação, e pode ser lisa ou com canais; os pescoços, onde se encaixam os mancais; os trevos ou garfos de acionamento. Os cilindros são aquecidos pelo material laminado a quente e é de grande importância um resfriamento adequado deles, usualmente através de jatos de água.
Os mancais dos cilindros servem de apoio a estes cilindros; eventuais deformações destas peças provocariam variações dimensionais nos produtos, o que é altamente indesejável. Três tipos de mancais são usados em laminadores: mancais de fricção, onde o pescoço gira sobre casquilhos de bronze, madeira, etc., devidamente lubrificados; mancais de rolamento; mancais a filme de óleo sob pressão (tipo “Morgoil”).
Partes de um cilindro de laminação
3 – Laminação a frio:
 
Etapa final do processo de laminação que tem por objetivo o acabamento do metal, no qual o mesmo, inicialmente recebido da laminação a quente como chapa grossa, tem sua espessura reduzida para valores bem menores, normalmente à temperatura ambiente.
A laminação a frio é empregada para produzir folhas e tiras com acabamento superficial e com tolerâncias dimensionais superiores quando comparadas com as tiras produzidas por laminação a quente. Além disso, o encruamento resultante da redução a frio pode ser aproveitado para dar maior resistência ao produto final. Os materiais de partida para a produção de tiras de aço laminadas a frio são as bobinas a quente decapadas. A laminação a frio de metais não ferrosos pode ser realizada a partir de tiras a quente ou, como no caso de certas ligas de cobre, diretamente de peças fundidas. Trens de laminadores quádruos de alta velocidade com três a cinco cadeiras são utilizados para a laminação a frio do aço, alumínio e ligas de cobre. Normalmente esses trens de laminação são concebidos para terem tração avante e a ré. A laminação contínua tem alta capacidade de produção, o que resulta num custo de produção baixo. A redução total atingida por laminação a frio geralmente varia de 50 a 90%. Quando se estabelece o grau de redução em cada passe ou em cada cadeira de laminação, deseja-se uma distribuição tão uniforme quanto possível nos diversos passes sem haver uma queda acentuada em relação à redução máxima em cada passe. Normalmente, a porcentagem de redução menor é feita no último passe para permitir um melhor controle do aplainamento, bitola e acabamento superficial. A eliminação do limite de escoamento descontínuo nas tiras de aço recozido é um problema prático muito importante, pois a ocorrência deste fenômeno provoca uma deformação heterogênea em posterior processamento (linhas de Lüders). Isto é devido ao alongamento descontínuo do limite de escoamento. A prática normal é dar uma pequena redução final a frio no aço recozido, chamada de passe de encruamento superficial, que elimina o alongamento descontínuo do limite de escoamento. Esse passe de acabamento também resulta numa melhora da qualidade superficial e controle dimensional. Outros métodos podem ser utilizados na melhoria do controle dimensional das tiras ou folhas laminadas, entre estes estão o aplainamento por rolos e o desempeno por tração.
 
4 – Laminação de barras e perfis:
 
Barras de seção circular e hexagonal e perfis estruturais como: vigas em I, calhas e trilhos são produzidos em grande quantidade por laminação a quente com cilindros ranhurados, conforme mostrado abaixo.
 
A laminação de barras e perfis difere da laminação de planos, pois a seção transversal do metal é reduzida em duas direções. Entretanto, em cada passe o metal é normalmente comprimido somente em uma direção. No passe subseqüente o material é girado de 90o. Uma vez que o metal se expande muito mais na laminação a quente de barras do que na laminação a frio de folhas, o cálculo da tolerância necessária para a expansão é um problema importante no planejamento dos passes para barras e perfis. Um método típico para reduzir um tarugo quadrado numa barra é alternando-se passes através de ranhuras ovais e quadradas. O planejamento dos passes para perfis estruturais é muito mais complexoe requer bastante experiência.
A maioria dos laminadores de barras é equipada com guias para conduzir o tarugo para as ranhuras e repetidores para inverter a direção da barra e conduzi-la para o próximo passe. Os laminadores desse tipo podem ser normalmente duos ou trios. A instalação comum para a produção de barras consiste em uma cadeira de desbaste, uma cadeira formadora e uma cadeira de acabamento.
 
5 - Aplicações
 
Os principais tipos de produtos laminados são: chapas planas ou bobinadas, folhas e discos. Esses semimanufaturados têm diversas aplicações em setores como transportes (rodas, carrocerias para ônibus, equipamentos rodoviários, elementos estruturais, etc.), construção civil (telhas, fachadas, calhas, rufos, etc.), embalagens (latas, descartáveis e flexíveis) e bens de consumo (panelas, utensílios domésticos, etc.).