Aula laminação F

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Laminação
Prof. Marcelo Ferreira Motta
Universidade Federal do Ceará
Centro de Tecnologia
Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais
Laminação
▪ Introdução
➢ Laminação é um processo de conformação mecânica que consiste
em modificar a seção transversal de um metal na forma de lingotes,
placas, barras, tiras, chapas ou fios pela passagem entre dois
cilindros com geratriz retilínea (laminação de produtos planos) ou
contendo canais entalhados (laminação de produtos não planos),
sendo que a distância entre os dois cilindros deve ser menor que a
espessura inicial da peça metálica.
➢ A laminação é considerada como o processo de conformação
mecânica de metais mais utilizado em função de sua alta
produtividade e da possibilidade de um preciso controle dimensional
do produto.
➢ 70 % de toda a produção do aço bruto é transformada em produtos
laminados acabados, passando para 91% quando se considera os
produtos semi-acabados (Fonte: Anuário estatístico)
Laminação
▪ Fundamentos teóricos do processo
Laminação
1) O arco de contacto entre os rolos e o metal é parte de um círculo.
2) O coeficiente de atrito, μ, é constante em teoria, mas na realidade μ
varia ao longo do arco de contato.
3) O metal se deforma plasticamente durante a laminação.
4) O volume de metal é constante antes e depois de ser laminado. Na
prática o volume pode diminuir um pouco devido ao fechamento dos
poros.
5) A velocidade dos rolos é assumido como sendo constante.
6) O metal só se estende na direcção de rolamento e não se deforma na
largura da material.
7) A área da secção transversal normal ao direção de laminação não
distorce.
▪ Fundamentos teóricos do processo
Laminação
▪ Em um ponto ao longo da superfície de contato entre o rolo e a 
placa, duas forças atuam sobre o metal: 1) uma força radial Pr e 2) 
um força de atrito tangencial F.
▪ Se a velocidade de superfície do rolo for igual à velocidade da placa, 
este ponto é chamado ponto neutro ou ponto sem deslisamento. 
Por exemplo, o ponto N.
▪ Entre o plano de entrada (xx) e o ponto neutro o movimento da 
placa é mais lento do que a superfície do rolo, e a força de atrito 
tangencial, F, agirá no sentido (ver Fig) para extrair o metal de entre 
os rolos.
▪ No lado da saída (yy) a direita do ponto neutro, a placa se move 
mais rápido do que a superfície do rolo. A direcção doatrito é então 
invertida e opor-se-a saída da placa de entre os rolos.
▪ Fundamentos teóricos do processo
Laminação
▪ Forças e relações geométricas
▪ Uma placa de metal com uma espessura ho entra 
nos rolos no plano XX com uma velocidade vO.
▪ Ela passa através da abertura entre rolos e sai no 
plano YY com uma espessura reduzida hF e a uma 
velocidade de vF.
▪ Dado que não existe aumento em largura, a 
compressão vertical do metal é transformada num 
alongamento na direção de laminação.
▪ Uma vez que não há nenhuma mudança do metal 
em um determinado ponto, há uma conservação de 
volume após a passagem pelos cilindros
Laminação
Desde que b não se altera,
▪ Equacionamento
Vf=
V𝑜∗ℎ𝑜
ℎ𝑓
Laminação
• Para a peça adentrar aos rolos, o componente da
força de atrito deve ser igual ou maior que a
componente horizontal da força normal.
Se tan α >  a placa não pode ser laminada;
Se =0, não ocorrerá a laminação.
  tg
▪ Equacionamento
• Condição para que os rolos peguem a placa para possibilitar a laminação
Laminação
▪ Fundamentos teóricos do processo
➢ Condição de arraste:   tg:
• onde:  é o coeficiente de atrito e  é o
angulo de contato;
• O coeficiente de atrito varia com a
temperatura:
➢ Pressão específica de laminação: 
Pe=P/Ac;
• Onde: P é a carga de laminação e Ac é a 
área de contato; (largura x comprimento 
projetado do arco de contato). 
Laminação
▪ Equacionamento
• Redução máxima
)sup,,(
22
Re
cos
cos
:
2
materialdoerfíciedaestadocilindrosdosvelocidaderugosidadef
Rh
R
h
R
hR
h
R
hR
h
R
L
tg
máximadução
arctgtg
PsenP
PsenF
contactodeÂngulo
p























• Para a peça entrar na garganta do rolo, o
componente da força de atrito deve ser igual ou
maior que a componente horizontal da força normal.
h<2.R
Laminação
▪ Equacionamento
• Haverá laminação quando  > tan α
• Aumentar os valores efetivos de μ, por exemplo,
usando a tecnologia de sulcamento.
• Uso de rolos maiores para diminuir tan α
• Condições e técnicas para garantir o arraste
Laminação
• Considerações sobre pressão de laminação
o A distribuição da pressão do rolo ao longo do arco 
de contato apresenta um máximo no ponto neutro 
e depois cai.
o A distribuição de pressão não é um pico agudo no 
ponto neutro, o que indica que o ponto neutro não
é realmente uma linha na superfície do rolo mas 
uma área.
o A área sob a curva é proporcional à carga de 
laminação.
o A área hachurada representa a força necessária 
para superar as forças de atrito entre o rolo e a 
placa.
o A área sob a linha tracejada AB representa a força 
necessária para deformar o metal em compressão 
homogênea plana.
▪ Equacionamento
Laminação
Laminação
Exemplo: Algumas etapas de laminação a frio são necessárias para
reduzir e espessura de uma placa de 50 mm para 25 ,,. Em um
laminador reversível. Diâmetro do laminador=700 mm e coeficiente
de atrito entre os laminadores e a peça de 0.15. A redução entre cada
passe são iguais.
Determine (a) o número mínimo de passes necessários e (b) a
redução por cada passe.
Solução
 
   
 passes 43.17
35015.0
25-50
 passes de número
22



R
tt fo   6,25
4
25-50
 passes ofnumber 
 passepor Redução mm
tt fo



Laminação
1 - Determinação da projeção horizontal do arco de contato (Lp)
2 – Determinação da deformação verdadeira efetiva na saída
3 – Determinação da tensão média de escoamento:
   
312
321
11
2
1
2
1
2
3
2
2
2
1
_
0
0
ln15,115,1
3
2
0
3
2
3
2






f
o
h
h





0
_ 1
dmédio
▪ Equacionamento
• Estimativa da carga de laminação
hR
h
hRL
h
hRRRL
h
RRL
p
pp









 

4
42
2
2
22
2
22
Laminação
 
p
escp
LwpF
K
h
L
QQ
Q
Kp








3
2
1exp
1
2

II – Utilização do fator de correção Qfs para o atrito:
• Determinação da pressão média dos rolos e da carga de laminação, levando 
em consideração o efeito do atrito.
o Há duas formas de se considerar o efeito do atrito:
I – Utilização de equação similar à usada na 
compressão de um bloco
fspmédia QwLF  
▪ Equacionamento
Laminação
V
el
oc
id
ad
e
Entrada 
(A)
Saída 
(B)
N Velocidade 
dos cilindros
Ponto neutro
▪ Fundamentos teóricos do processo
➢ Pressão e velocidade na laminação
A potência em cada cilindro laminador P= pFLN / 60,000 kW 
Onde: F em Newtons, L em metros e N em rpm do cilindro laminador.
Laminação
Efeito do atrito na pressão de laminação
Efeito da intensidade de redução 
sobre a pressão de laminação
▪ Fundamentos teóricos do processo
Laminação
• Análise simplificada da carga de Laminação
As principais variáveis de laminação são:
• O diâmetro do rolo.
• A resistência à deformação do metal influenciada pela metalurgia,
temperatura e velocidade de deformação.
• O atrito entre os rolos e a peça de trabalho.• A presença da tensão da frente e / ou tensão de volta no plano da
placa.
Consideramos as condições:
1) a condição de nenhum atrito
2) a condição de atrito normal
3) a condição de sticky friction
• Estimativa da carga de laminação
Laminação
No caso de nenhum atrito, a carga de laminação (P) é dada pela pressão 
do cilindro (p) vezes a área de contacto entre o metal e os rolos (bLP).
Onde a pressão do rolo (p) é a tensão de escoato, em um estado plano de deformação
quando não há nenhuma mudança na largura (b) da placa.
• Estimativa da carga de laminação
• A condição de nenhum atrito
Laminação
• Estimativa da carga de laminação
• A condição de atrito normal
• A carga P de laminação aumenta com 
o atrito, com o diâmetro rolo, com a 
espessura menor da placa na entrada
• A contribuição do atrito está no 
termo e^Q
• Atrito alto resulta em grandes 
cargas de laminação
Laminação
• Consequentemente a carga de rolamento P aumenta com o raio do
rolo de R1 / 2, dependendo da contribuição do atrito.
• A carga de rolamento também aumenta à medida que a placa que
entra nos rolos se torna mais fina (devido ao termo eQ).
• Em um ponto, nenhuma outra redução na espessura pode ser
alcançado se a resistência à deformação da placa for maior do que a
pressão do rolo. Os rolos em contacto com a placa são ambos
severamente elasticamente deformados.
• Rolos de pequeno diâmetro que são devidamente reforçados contra os
desvios pelos rolos de apoio podem produzir uma redução maior
antes de ocorrer o achatamento do rolo e tornar-se significativo e
nenhuma redução adicional da placa será é possível.
Exemplo: a laminação de papel de
alumínio usado na cozinha.
Diâmetro do rolo <10 mm, com um
total de 18 rolos de apoio.
• A condição de atrito normal
Laminação
Laminação
• O torque em laminação pode ser estimado
assumindo que a força de separação dos
laminadores age no meio do arco de contato de
contato, isto é, um braço de momento de Lp/2 e a
força F é perpendicular ao plano da chapa. O torque
por rolo é:
▪ T=
𝐹∗𝐿𝑝
2
, e a potência por rolo é: Pot= T*w,
▪ w = 2*π*N (rpm)
▪ Pot =
π∗𝐹∗N∗𝐿𝑝
60000
[kW] Pot =
π∗𝐹∗N∗𝐿𝑝
33000
• Torque de laminação e potência
Laminação
▪ Fundamentos teóricos do processo
➢ Laminadores de pequeno e grande 
diâmetro
• relação com carga de laminação;
➢ Solução da deformação central:
• colocar cilindros maiores (cilindros 
de encosto) 
• fabricar cilindro com diâmetro 
variável 
Área de contato:
Laminação
Laminação
Problemas de planificação dos rolos
Quando as forças elevadas geradas na laminaçãosão transmitidos para a peça de trabalho 
Através dos rolos, existem dois tipos principais de distorções elásticas:
1) Os rolos tendem a sofrer flexão ao longo do seu comprimento porque a peça de trabalho tende a separá-
los enquanto eles são contidos em suas extremidades. 
Problema = variação. espessura
2) Os rolos na região onde entram em contato com a peça. O raio da curvatura é aumentado R para R '. 
(Achatamento rolo).De acordo com a análise por Hitchcock:
Laminação
▪ Aspectos metalúrgicos do processo
➢ A laminação pode ser realizada a quente ou a frio.
• Laminação a frio: a peça é laminada numa temperatura
abaixo da temperatura de recristalização, apresentando uma
maior qualidade de acabamento e tolerância.
✓ Formação de texturas
✓ Tratamento térmico de recozimento
• Laminação a quente: ocorre a temperatura acima da
temperatura de recristalização, não apresentando um bom
acabamento superficial.
Laminação
▪ Aspectos metalúrgicos do processo
Laminação
▪ Aspectos metalúrgicos do processo
➢ A laminação a quente
Laminação
▪ Aspectos metalúrgicos do processo
Laminação
▪ Aspectos metalúrgicos do processo
➢ Formação de texturas;
• Exemplo da textura de fibra na laminação de arames e barras;
➢ Tratamento térmico de recozimento;
Laminação
▪ Aspectos metalúrgicos do processo
➢Laminação convencional
Laminação
▪ Aspectos metalúrgicos do processo
➢Laminação controlada
Laminação
▪ Aplicações
➢ Os produtos laminados (materiais ferrosos e não
ferrosos) podem ser classificados em semi-acabados e
acabados;
• produtos semi-acabados: os blocos, as placas e os
tarugos.
• produtos acabados subdividem-se:
✓ Não-planos: trilhos e perfis estruturais (I, L, U, T etc) obtidos
a partir de blocos e barras, barras para trefilação e tubos
sem costura obtidos a partir dos tarugos;
✓ Planos: chapas e as tiras laminadas a quente e a frio, as
fitas as folhas e as tiras para fabricação dos tubos com
costura;
Laminação
▪ Produtos
Piso
Laminação
▪ Produtos
Bobinas
Laminação
▪ Produtos
Bobinas
Laminação
▪ Produtos
Diversos
Laminação
▪ Defeitos dos produtos laminados
Laminação
▪ Defeitos dos produtos laminados
Laminação
▪ Tensões residuais
Laminação
▪ Equipamentos
Laminação a quente
Laminação
▪ Equipamentos
Laminação a quente (Al)
Laminação
▪ Equipamentos
Laminação a frio
Laminação
▪ Equipamentos
Laminação intermediária
(“morna”)
Laminação
▪ Equipamentos
Produto final (bobinas)
Laminação
▪ Equipamentos
➢ Os principais equipamentos de laminação são: laminadores,
sistema de acionamentos dos cilindros e equipamentos de
manuseio e transporte das peças;
➢ Os laminadores são compostos por: cilindros, mancais e
carcaça (gaiola).
• Os tipos principais são: duo, trio e quádruo;
Laminação
▪ Equipamentos
Componentes de um Laminador
Laminação
▪ Partes dos laminadores
Cilíndros laminadores
Laminação
▪ Partes dos laminadores
Quadros
Laminação
▪ Tipos de laminadores
Duo não-reversíveis Duo reversíveis
Laminação
Laminadores trio Laminadores quádruo
▪ Tipos de laminadores
Laminação
Laminadores tipo universal
▪ Tipos de laminadores
Laminadores Sendzimir
Laminação
Laminadores Sendzimir
▪ Tipos de laminadores
www.sendzimir.com
Laminação
Laminadores Sendzimir
▪ Tipos de laminadores
Laminação
Laminador Sendzimer
Laminação
Laminador mannesmann
▪ Tipos de laminadores
Laminação
Laminador Mannesmann
▪ Tipos de laminadores
Laminação
Laminador planetário
Laminador de anéis
▪ Tipos de laminadores
Laminação
Laminadores de roscas
▪ Tipos de laminadores
Laminação
▪ Seqüência de fabricação de perfis
Laminação
▪ Etapas do processo
Laminação
▪ Etapas do processo
Laminação
▪ Seqüência de fabricação de perfis
Laminação
▪ Fabricação de perfis
Laminação
Kalpakjian
www.cometroll.com
www.safeair-dowco.com
▪ Fabricação de perfis
Laminação
www.mortonbuildings.com
▪ Fabricação de perfis
Laminação
▪ Seqüência de laminação de chapas
Laminação
• Fabricação de aço
Laminação
• Laminação a quente
Laminação
• Laminação a frio
Laminação
• Laminador Sendzimir
Laminação
• Laminação de roscas – Grandes dimensões
Laminação
• Laminação de parafusos
Laminação
• Laminação de parafusos
Vídeos Laminação
https://www.youtube.com/watch?v=AuuP8L-WppI
https://www.youtube.com/watch?v=DWUto5m8w48
https://www.youtube.com/watch?v=3H3QhbQtsLo
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