CONFORMAÇÃO MECÂNICA - LAMINAÇÃO

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CONFORMAÇÃO MECÂNICA 
 
(Crédito: Fundamentals of Modern Manufacturing, 4a Edição, por Mikell P. Groover, 2010. Reimpresso com 
permissão de John Wiley & Sons, Inc.) 
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Laminação 
 
A laminação é um processo de conformação no qual a espessura do metal é reduzida por esforços 
compressivos exercidos por meio de dois cilindros. Como ilustrado na Figura 13.1, os cilindros 
giram para puxar e, ao mesmo tempo, comprimir o metal que está compreendido entre eles. O 
processo básico mostrado na figura é o de laminação de planos, usado para reduzir a espessura 
de uma peça com seção transversal retangular. Processo muito semelhante é o de laminação de 
perfis, no qual uma peça com seção transversal quadrada é conformada até alcançar uma forma 
tal como a de uma viga I. 
A maioria dos processos de laminação demanda investimento grande de capital, pois seus 
equipamentos contêm componentes robustos, chamados trem de laminação, para realizá-los. O 
alto custo de investimento exige que os laminadores sejam usados para produção em grande 
escala de itens padronizados, tais como chapas finas e grossas. A maioria dos processos de 
laminação é realizada por meio de trabalho a quente, chamado laminação a quente, em razão da 
necessidade de grande volume de material a ser deformado. O metal laminado a quente é 
geralmente isento de tensões residuais, e suas propriedades são isotrópicas. Desvantagens da 
laminação a quente são relacionadas com a impossibilidade de serem obtidos produtos com 
tolerâncias estreitas e a superfície apresentar uma camada característica de óxido. 
A fabricação de aço utiliza a aplicação mais corriqueira de operações de laminação. Vamos 
acompanhar a sequência de etapas em um laminador de aço para ilustrar a variedade de produtos 
fabricados. Etapas similares podem ser encontradas em outras indústrias de metais primários. O 
metal inicia sob a forma de um lingote de aço fundido recém-solidificado. Enquanto este ainda se 
encontra quente, o lingote é colocado em um forno no qual permanece por muitas horas até 
alcançar temperatura uniforme em todo o corpo; assim, o metal escoará de forma consistente 
durante a laminação. No aço, a temperatura desejada para laminação é em torno de 1200°C 
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(2200°F). A operação de aquecimento é chamada encharcamento, e os fornos nos quais esta 
etapa é realizada são denominados fornos poços. 
A partir do encharcamento, o lingote é movido para o laminador, onde é laminado a uma das três 
formas intermediárias: blocos, tarugos ou placas. Um bloco tem a seção transversal quadrada de 
pelo menos 150 mm × 150 mm (6 in × 6 in). Uma placa é laminada a partir de um lingote, ou bloco, 
e tem uma seção transversal retangular de pelo menos 250 mm (10 in) de largura e pelo menos 40 
mm (1,5 in) de espessura. Um tarugo é laminado a partir de um bloco e tem dimensões de uma 
seção quadrada com 40 mm (1,5 in) em seus lados. Estas formas intermediárias são posteriormente 
laminadas para as formas finais do produto. 
Blocos são laminados para produzir formas estruturais e trilhos para linhas ferroviárias. 
Tarugos são laminados para produzir barras quadradas e barras de seção circular, e estes 
produtos são usualmente as matérias-primas em processos de usinagem, trefilação de arames, 
forjamento e outros processos de transformação dos metais. Placas são laminadas para produzir 
chapas grossas, chapas finas e tiras. Chapas grossas laminadas a quente são usadas na 
construção naval, pontes, caldeiras, estruturas soldadas para diversas máquinas pesadas, tubos 
com costura e muitos outros produtos. O Slide 38 mostra alguns destes produtos laminados de aço. 
O desempenamento 
— Operação realizada nas chapas grossas e finas laminadas a quente — é comumente obtido por 
laminação a frio, e seu objetivo é prepará-las para operações de conformação de chapas, veremos 
nas próximas aulas. A laminação a frio aumenta a resistência do metal e permite tolerâncias 
mais estreitas na espessura. Além disso, a superfície da chapa laminada a frio é isenta de 
carepas, e geralmente melhor se comparada ao correspondente produto laminado a quente. Estas 
características tornam as chapas finas, tiras e bobinas laminados a frio as matérias- primas 
ideais para estampas, painéis externos e outros componentes de produtos, desde 
automóveis a utensílios e material de escritório 
 
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A laminação de planos está ilustrada nas Figuras acima. Ela engloba a laminação de placas, tiras, 
chapas finas e chapas grossas — peças de seção transversal retangular nas quais a largura é 
maior que a espessura. Na laminação de planos, o metal é comprimido entre dois cilindros de modo 
a reduzir sua espessura em uma quantidade chamada desbaste ou esboço: 
em que d é o esboço, mm (in); to a espessura inicial, mm (in); e tf a espessura final, mm (in). O 
desbaste é também expresso como uma fração da espessura inicial, chamada redução: 
em que r é a redução. Quando uma sequência de operações de laminação é usada, a redução é 
tomada como a soma dos esboços dividida pela espessura inicial. 
Além da redução de espessura, a laminação usualmente conduz ao aumento de largura da peça. 
Isto é chamado espalhamento e tende a ser mais pronunciado em situações com baixas razões 
largura-espessura e baixos coeficientes de atrito. A conservação de massa é preservada, logo o 
volume do metal na seção de saída dos cilindros é igual ao volume na entrada: 
 
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em que Wo e Wf são as larguras da peça antes e depois do passe de laminação, mm (in); Lo e 
Lf são os comprimentos da peça antes e depois do passe de laminação, mm (in). De forma 
análoga, o fluxo de material deve se manter constante, antes e depois da conformação, assim as 
velocidades de entrada e saída da peça na laminação (vo e vf) podem ser relacionadas: 
 
em que vo e vf são as velocidades de entrada e de saída do trabalho. 
O ângulo de contato entre os cilindros de trabalho e a peça é definido pelo ângulo θ. Cada cilindro 
tem raio R, e sua velocidade de rotação fornece velocidade periférica Vr, que é maior que a 
velocidade de entrada da peça Vo e menor que sua velocidade de saída Vf. Como o escoamento 
de metal é contínuo, existe uma mudança gradual da velocidade na região da peça entre os 
cilindros de trabalho. Entretanto, existe um ponto ao longo do arco de contato em que a velocidade 
da peça se iguala à velocidade do cilindro de trabalho. Este é chamado ponto de não 
deslizamento, também conhecido como ponto neutro. Em ambos os lados deste ponto, ocorrem 
escorregamento e atrito entre os cilindros de trabalho e a peça. A quantidade de deslizamento entre 
os cilindros de trabalho e a peça pode ser medida por meio do deslizamento avante, termo usado 
em laminação que é definido por: 
em que S é o escorregamento avante; Vf é a velocidade de saída da peça, m/s (ft/s); e Vr é 
velocidade periférica do cilindro de trabalho, m/s (ft/s). 
A deformação verdadeira que a peça sob laminação sofre é função das espessuras inicial e final 
do esboço. 
Em forma de equação, pode ser escrita por: 
Deformação verdadeira. 
A deformação verdadeira pode ser empregada para determinar a tensão média de escoamento 
aplicada ao material de trabalho na laminação de planos. 
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 Tensão média de escoamento 
A tensãomédia de escoamento é usada para o cálculo de estimativas de força e de potência na 
laminação. 
O atrito na laminação ocorre com um dado coeficiente de atrito, e a força de compressão dos 
cilindros multiplicada por esse coeficiente de atrito resulta em uma força de atrito entre os cilindros 
e a peça. Em um dos lados do ponto neutro, aquele na direção da entrada da peça, a força de atrito 
está em uma direção, e no outro lado está na direção oposta. Entretanto, as duas forças não são 
iguais. A força de atrito no lado de entrada é maior, o que faz com que a força resultante puxe a 
peça através dos cilindros. Não fosse isto, a laminação não seria possível. Há um limite da máxima 
redução possível que pode ser realizada na laminação de planos com um dado coeficiente de atrito. 
Este limite é definido pela máxima redução dmáx (mm ou in): 
em que μ é o coeficiente de atrito; e R é o raio do cilindro de trabalho, mm (in). Esta equação 
indica que, se o atrito fosse nulo, a redução seria zero e não seria possível realizar a operação de 
laminação. 
O coeficiente de atrito na laminação depende da lubrificação, do material de trabalho e da 
temperatura de trabalho. Na laminação a frio, este valor está em torno de 0,1; na laminação a 
morno, o valor típico é cerca de 0,2; e, na laminação a quente, está em torno de 0,4 [16]. A 
laminação a quente é frequentemente caracterizada por uma condição chamada agarramento, na 
qual a superfície da peça quente adere aos cilindros de trabalho sobre o arco de contato. Esta 
condição ocorre com frequência na laminação de aços e ligas de altas temperaturas. Quando 
ocorre agarramento, o coeficiente de atrito pode alcançar valores tão altos quanto 0,7. A 
consequência do agarramento é que as camadas superficiais da peça estão restritas a moverem-
se na mesma velocidade que a velocidade do cilindro de trabalho Vr; e abaixo da superfície, a 
deformação é mais severa para permitir a passagem da peça através da abertura entre cilindros. 
1 Vista lateral da laminação de planos, indicando as espessuras inicial e final, velocidades da 
peça, ângulo de contato com os cilindros e outras características 
2 Variação típica da pressão ao longo do comprimento do arco de contato na laminação de 
planos. O pico de pressão está localizado no ponto neutro. A integração da Eq. (13.9), 
representada na área abaixo da curva, é a força de laminação F. 
 
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A força do cilindro F, requerida para manter a separação entre os dois cilindros de trabalho, dado 
que o contato apresenta um coeficiente de atrito suficiente para realizar a laminação, pode ser 
calculada pela integração da pressão em um cilindro (figura a cima) na área de contato peça-
cilindro. Esta pode ser expressa por: 
 
 
em que F é a força de laminação, N (lbf); W é a largura da peça sendo laminada, mm (in); p é 
a pressão do cilindro, MPa (lbf/in²); e L é o comprimento de contato entre os cilindros de 
trabalho e a peça, mm (in). A integração requer a soma de dois termos separados, cada um 
referente a um lado do ponto neutro. A variação da pressão do cilindro ao longo do comprimento 
do arco de contato é significante. A pressão atinge um máximo no ponto neutro e decai em ambos 
os lados em relação aos pontos de entrada e saída. À medida que o atrito aumenta, a pressão 
máxima aumenta em relação aos valores de entrada e saída. À medida que o atrito diminui, o ponto 
neutro se desloca da entrada em direção à saída para manter uma força de arraste na direção de 
laminação. Caso contrário, com baixo atrito, a peça escorregaria em vez de passar por entre os 
cilindros de trabalho. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Uma aproximação dos resultados obtidos pela acima pode ser calculada com base na tensão média 
de escoamento que o material de trabalho sofre no afastamento deixado entre cilindros. Isto é, em 
que P é a potência, J/s ou W (lbf-in/min); N = velocidade de rotação, 1/s (rpm); F é força de 
laminação, em N (lbf); e L é o comprimento de contato, m (in). 
 
LAMINAÇÃO DE PERFILS: 
Na laminação de perfis, a peça é deformada para ter o formato da seção transversal desejada. 
Exemplos dos produtos fabricados pela laminação de perfis são vigas I, L e U; trilhos para estradas 
de ferro; e barras redondas e quadradas e fio-máquina. O processo é realizado pela passagem da 
peça através de cilindros que possuem a geometria complementar da forma desejada ao perfil. 
A maior parte dos princípios que se aplicam à laminação de planos é também aplicável à laminação 
de perfis. Os cilindros de laminação de perfis são mais complexos; a peça, usualmente com forma 
inicial quadrada, necessita de transformação gradual por meio da passagem por vários cilindros 
para obtenção da seção transversal final. O projeto de sequência das formas intermediárias e 
cilindros correspondentes é chamado plano de passes ou calibração. * O objetivo da realização de 
diversos passes é alcançar uma deformação uniforme por meio da seção transversal em cada 
redução. Caso contrário, algumas porções da peça ficam mais reduzidas que outras, provocando 
maiores alongamentos nestas seções. As consequências de uma redução não uniforme podem ser 
o empenamento e o aparecimento de trincas no produto laminado. Tanto cilindros horizontais 
quanto verticais são utilizados para obter reduções consistentes do material de trabalho. 
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LAMINADORES 
Várias configurações de laminadores ou cadeiras de laminação estão disponíveis para lidar com a 
variedade de aplicações e problemas técnicos no processo de laminação. O laminador típico 
consiste em dois cilindros opostos e é denominado laminador-duo, mostrado na Figura abaixo (a). 
Os cilindros destes laminadores têm diâmetros que variam de 0,6 a 1,4 m (2,0 a 4,5 ft). A 
configuração de laminador-duo pode ser tanto reversível quanto irreversível. Na cadeira de 
laminação irreversível, os cilindros sempre giram no mesmo sentido, e a peça sempre passa 
através dos cilindros pelo mesmo lado. A cadeira de laminação reversível autoriza a reversão do 
sentido de rotação do cilindro, de modo que a peça possa ser laminada em ambas as direções. Isto 
permite uma série de reduções a serem realizadas com o mesmo conjunto de cilindros, 
simplesmente pela passagem da peça a partir de direções opostas em múltiplos passes. A 
desvantagem da configuração reversível é o significante momento angular alcançado pelos 
grandes cilindros rotativos e os problemas técnicos associados à reversão. 
 
Como indicado pelas equações apresentadas, algumas vantagens são obtidas com a redução do 
diâmetro do cilindro. O comprimento de contato cilindro com a peça é reduzido com menores raios 
de cilindro, e isto conduz a menores forças, torque e potência. A cadeira de laminação quádruo 
usa dois cilindros menores para contato com a peça e dois cilindros de encosto ou apoio, conforme 
mostrado na Figura(c). Em razão das forças de laminação elevadas, quando ocorre a passagem 
da peça, os cilindros menores podem fletir elasticamente entre os mancais de rolamento, a menos 
que cilindros de encosto de maior diâmetro sejam usados para apoiá-los. Outra configuração que 
permite utilizar cilindros de trabalho menores contra a peça é a cadeira com cilindros agrupados 
ou laminador Sendzimir. 
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9Para obter maiores taxas de laminação de produtos padronizados, um trem laminador é 
usualmente empregado. Esta configuração é composta de uma série de cadeiras de laminação, 
como representado na Figura (e). Embora apenas três cadeiras sejam mostradas em nosso 
esquema, um trem típico de cadeiras de laminação pode ter oito ou dez cadeiras, cada uma fazendo 
uma redução de espessura ou mudança de forma na peça fabricada que passa por elas. A cada 
passo de laminação, a velocidade da peça aumenta, e o problema de sincronização das 
velocidades dos cilindros torna-se importante. 
 
 
 
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OUTROS PROCESSOS RELACIONADOS COM A LAMINAÇÃO 
Diversos outros processos de conformação volumétrica usam cilindros para dar forma à peça 
fabricada. Exemplos destas operações são: laminação de roscas, laminação de anéis, laminação 
de engrenagens e laminação de tubos 
Laminação de Roscas: 
É usada para conformar roscas em peças cilíndricas laminando-as entre duas matrizes. Este é o 
mais importante processo comercial para produção seriada de componentes com rosca externa (p. 
ex., porcas e parafusos). O outro processo que compete com este é o rosqueamento (usinagem de 
roscas). A maior parte das operações de laminação de roscas é realizada por trabalho a frio em 
máquinas de laminação de roscas. Estas máquinas são equipadas com matrizes especiais que 
determinam o tamanho e a forma da rosca. As matrizes são classificadas em dois tipos: 
(1) Matrizes planas, as quais alternam entre si e; 
(2) Matrizes arredondadas, as quais têm rotação relativa entre si para realizar a ação de 
laminação. 
As taxas de produção na laminação de roscas podem ser elevadas, atingindo até oito peças por 
segundo para pequenas porcas e parafusos. Não somente estas taxas são significativamente 
maiores em comparação ao rosqueamento, mas também existem outras vantagens sobre a 
usinagem: 
(1) melhor utilização de material, 
(2) roscas mais resistentes devido ao encruamento, 
(3) superfícies mais suaves, e 
(4) melhor resistência à fadiga devido às tensões compressivas introduzidas pela laminação. 
 
 
 
Laminação de Anéis: 
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É um processo de conformação no qual um anel de parede grossa de menor diâmetro é laminado 
em um anel de parede fina de maior diâmetro. A Figura abaixo apresenta dois instantes: antes e 
depois do processo ser realizado. À medida que o anel de parede grossa é comprimido entre os 
laminadores, o material deformado alonga provocando aumento do diâmetro do anel. A laminação 
de anéis é usualmente realizada como um processo de trabalho a quente para produzir grandes 
anéis e como processo de trabalho a frio para pequenos anéis. 
 
As aplicações da laminação de anéis incluem pistas de rolamentos de esferas e roletes, aros de 
aço para rodas de estradas de ferro e anéis para tubos, vasos de pressão e máquinas rotativas. As 
paredes dos anéis não são limitadas a seções transversais retangulares; o processo permite a 
laminação de formas mais complexas. Existem várias vantagens da laminação de anéis sobre 
outros métodos alternativos para fazer a mesma peça: economia de material, orientação de grãos 
ideal para a aplicação e aumento de resistência por meio do trabalho a frio. 
LAMINAÇÃO DE ENGRENAGENS 
É um processo de trabalho a frio para produzir alguns tipos de engrenagens. A indústria automotiva 
é um importante usuário destes produtos. O arranjo na laminação de engrenagens é similar ao da 
laminação de roscas, exceto no que diz respeito aos aspectos de deformação do esboço cilíndrico 
ou do disco que estão orientados paralelos ao seu eixo (ou a certo ângulo, no caso de engrenagens 
helicoidais), em vez da forma em espiral como na laminação de roscas. Existem outros métodos 
alternativos para a fabricação de roscas, como a usinagem. As vantagens da laminação de 
engrenagens sobre a usinagem são similares àquelas da laminação de roscas: altas taxas de 
produção, melhores resistência ao endurecimento e à fadiga, além de perdas reduzidas de material. 
 
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Laminação de Tubos sem Costura com Mandril 
É um processo especializado de conformação a quente para produção de tubos de paredes grossas 
sem costuras. Este processo utiliza dois cilindros opostos, sendo, portanto, classificado como 
processo de laminação. O processo é baseado no princípio do desenvolvimento de elevadas 
tensões trativas no centro quando uma peça cilíndrica sólida é comprimida na sua circunferência, 
como mostrado abaixo em (a). Se a compressão é suficientemente elevada, uma fissura interna é 
formada. Na laminação a mandril, este princípio é explorado pelo arranjo mostrado abaixo em (b). 
Tensões compressivas são aplicadas a um tarugo sólido cilíndrico por dois cilindros, cujos eixos 
estão orientados em pequenos ângulos (~ 6o) em relação ao eixo do tarugo, de modo que suas 
rotações tendam a puxar o tarugo através dos cilindros. Um mandril é utilizado para controlar o 
tamanho e acabamento do furo criado por essa ação. Os termos laminador de tubos com mandril 
e processo Mannesmann são também adotados para esta operação de fabricação de tubos