Laminación

Se conoce como laminación o laminado (a veces también se denomina rolado) al proceso industrial por medio del cual se reduce el espesor de una lámina de metal o de materiales semejantes con la aplicación de presión mediante el uso de distintos procesos, como la laminación de anillos o el laminado de perfiles. Por tanto, este proceso se aplica sobre materiales con un buen nivel de maleabilidad. La máquina que realiza este proceso se le conoce como laminador.

Esquema del proceso de laminación.

El laminado puede ser en frío o en caliente. El laminado en caliente es el que se realiza con una temperatura bastante mayor a la de la recristalización que tiene el metal.^[1]​ La forma actual del laminado en caliente deriva del proceso patentado por el británico Henry Cort en 1783, que es popularmente conocido como «el padre de la laminación» debido al gran impacto de dicho proceso en la industria metalúrgica.^[2]​

Hierro y acero

 

Molino de corte longitudinal, 1813.

La invención del laminador en Europa puede atribuirse a Leonardo da Vinci en sus dibujos. ^[3]​[3] Los primeros trenes de laminación en forma cruda pero con los mismos principios básicos se encontraron en Oriente Medio y el sur de Asia ya en el año 600 AC. Los primeros trenes de laminación fueron los de corte, que se introdujeron desde lo que hoy es Bélgica a Inglaterra en 1590. Estos pasaban barras planas entre rodillos para formar una placa de hierro, que luego pasaba entre rodillos ranurados (cortadores) para producir barras de hierro.^[4]​ Los primeros experimentos de laminación de hierro para hojalata tuvieron lugar alrededor de 1670. En 1697, el mayor John Hanbury erigió un molino en Pontypool para enrollar 'placas Pontypool' - placa negra. Posteriormente, se empezó a enrollar y enlatar para fabricar hojalata. La producción anterior de chapa de hierro en Europa se había realizado en forjas, no en laminadores.

El molino de corte se adaptó para producir aros (para barriles) y hierro con semicircular u otras secciones mediante medios que fueron objeto de dos patentes hacia 1679.

Parte de la literatura más antigua sobre laminadores se remonta al ingeniero sueco Christopher Polhem en su Patriotista Testamente de 1761, donde menciona los laminadores para chapas y barras de hierro. [5] También explica cómo los trenes de laminación pueden ahorrar tiempo y mano de obra porque un tren de laminación puede producir de 10 a 20 o más barras al mismo tiempo.

Se concedió una patente a Thomas Blockley de Inglaterra en 1759 para el pulido y laminado de metales. En 1766 se concedió otra patente a Richard Ford de Inglaterra para el primer molino en tándem. [6] Un laminador en tándem es aquel en el que el metal se lamina en filas sucesivas; el laminador tándem de Ford estaba destinado a laminar en caliente alambrón.

Laminado en caliente y en frío

Laminado en caliente

 

Una bobina de acero laminado en caliente.

El laminado en caliente es un proceso de trabajo de metales que se produce por encima de la temperatura de recristalización del material. Después de que los granos se deforman durante el procesamiento, se recristalizan, lo que mantiene una microestructura equiaxial y evita que el metal se endurezca. El material de partida suele ser piezas grandes de metal, como productos de fundición semiacabados, como losas, tochos y palanquillas. Si estos productos procedieran de una colada continuaEn funcionamiento, los productos suelen introducirse directamente en los trenes de laminación a la temperatura adecuada. En operaciones más pequeñas, el material comienza a temperatura ambiente y debe calentarse. Esto se hace en un pozo de remojo a gas o aceite para piezas de trabajo más grandes; para piezas de trabajo más pequeñas, se utiliza calentamiento por inducción. A medida que se trabaja el material, se debe controlar la temperatura para asegurarse de que se mantenga por encima de la temperatura de recristalización. Para mantener un factor de seguridad, se define una temperatura de acabado por encima de la temperatura de recristalización; esto suele ser de 50 a 100 °C por encima de la temperatura de recristalización. Si la temperatura cae por debajo de esta temperatura, el material debe recalentarse antes de un laminado en caliente adicional.[9]

Hojos de remojo utilizados para calentar lingotes de acero antes de laminar.

Los metales laminados en caliente generalmente tienen poca direccionalidad en sus propiedades mecánicas o tensiones residuales inducidas por deformación . Sin embargo, en ciertos casos, las inclusiones no metálicas impartirán cierta direccionalidad y las piezas de trabajo de menos de 20 mm de espesor a menudo tienen algunas propiedades direccionales. Enfriamiento no uniforme inducirá una gran cantidad de tensiones residuales, que ocurre generalmente en formas que tienen una sección transversal no uniforme, tal como vigas en I . Si bien el producto terminado es de buena calidad, la superficie está cubierta de cascarilla , que es un óxido que se forma a altas temperaturas. Por lo general, se elimina mediante decapado o la superficie lisa y limpia (SCS)proceso, que revela una superficie lisa. [10] Las tolerancias dimensionales suelen ser del 2 al 5% de la dimensión total. [11]

El acero dulce laminado en caliente parece tener una tolerancia más amplia para el nivel de carbono incluido que el acero laminado en frío y, por lo tanto, es más difícil de usar para un herrero. También para metales similares, los productos laminados en caliente parecen ser menos costosos que los laminados en frío. [12]

El laminado en caliente se utiliza principalmente para producir chapas o secciones transversales simples, como vías de ferrocarril . Otros usos típicos del metal laminado en caliente: [13]

• Bastidores de camiones
• Placas de embrague, ruedas y llantas de automoción
• Tuberías y tubos
• Calentadores de agua
• Equipamiento agrícola
• Correas
• Estampados
• Carcasas de compresores
• Edificios de metal
• Vagones tolva de ferrocarril y componentes de vagones de ferrocarril
• Puertas y estanterías
• Discos
• Barandillas para calles y carreteras

Laminación y conformado

Los trenes de laminación a menudo se dividen en jaulas de laminación de desbaste, intermedias y de acabado. Durante el laminado de formas, una palanquilla inicial (redonda o cuadrada) con un borde de diámetro que suele oscilar entre 100 y 140 mm se deforma continuamente para producir un determinado producto terminado con una dimensión y geometría de sección transversal más pequeñas. A partir de una palanquilla determinada, se pueden adoptar diferentes secuencias para producir un determinado producto final. Sin embargo, dado que cada tren de laminación es significativamente caro (hasta 2 millones de euros), un requisito típico es reducir el número de pasadas de laminación. Se han logrado diferentes enfoques, incluido el conocimiento empírico, el empleo de modelos numéricos y técnicas de Inteligencia Artificial. Lambiase y col. ^[5]​^[6]​ validó un modelo de elementos finitos (FE) para predecir la forma final de una barra enrollada en pase redondo-plano. Una de las principales preocupaciones al diseñar trenes de laminación es reducir el número de pasadas. Una posible solución a tales requisitos es el paso de hendidura, también llamado paso dividido, que divide una barra entrante en dos o más subpartes, aumentando así virtualmente la relación de reducción de la sección transversal por paso según lo informado por Lambiase.^[7]​ Otra solución para reducir el número de pasadas en laminadores es el empleo de sistemas automatizados para Roll Pass Design como el propuesto por Lambiase y Langella.^[8]​ Posteriormente, Lambiase desarrolló aún más un sistema automatizado basado en inteligencia artificialy particularmente un sistema integrado que incluye un motor inferencial basado en Algoritmos Genéticos, una base de datos de conocimiento basada en una Red Neural Artificial entrenada por un modelo paramétrico de elementos finitos y para optimizar y diseñar automáticamente trenes de laminación.^[9]​

Véase también

• Teoría de placas y láminas
• Metalografía

Referencias

1. Ferrer Giménez, Carlos; Amigó Borrás, Vicente (2003). Tecnología de materiales. Valencia: Universidad Politécnica de Valencia. p. 321. ISBN 9788497053631. 
2. Corporación Aceros Arequipa (2007). El acero. Lo que hay que saber (2ª edición). Lima: Grupo Publicidad. p. 45. 
3. . Archivado desde el original el 5 October 2013. Consultado el 15 de febrero de 2013.  Parámetro desconocido |df= ignorado (ayuda); Parámetro desconocido |url-status= ignorado (ayuda)
4. Landes, David. S. (1969). The Unbound Prometheus: Technological Change and Industrial Development in Western Europe from 1750 to the Present. Cambridge, New York: Press Syndicate of the University of Cambridge. p. 91. ISBN 978-0-521-09418-4. 
5. Capece Minutolo, F.; Durante, M.; Lambiase, F.; Langella, A. (2005). «Dimensional Analysis in Steel Rod Rolling for Different Types of Grooves». Journal of Materials Engineering and Performance 14 (3): 373-377. S2CID 136821434. doi:10.1361/01599490523913. 
6. Capece Minutolo, F.; Durante, M.; Lambiase, F.; Langella, A. (2006). «Dimensional analysis of a new type of groove for steel rebar rolling». Journal of Materials Processing Technology 175 (1–3): 69-76. doi:10.1016/j.jmatprotec.2005.04.042. 
7. Lambiase, F. (2014). «Prediction of geometrical profile in slit rolling pass». The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 71 (5–8): 1285-1293. S2CID 110784133. doi:10.1007/s00170-013-5584-7. 
8. Lambiase, F.; Langella, A. (2009). «Automated Procedure for Roll Pass Design». Journal of Materials Engineering and Performance 18 (3): 263-272. S2CID 110005903. doi:10.1007/s11665-008-9289-2. 
9. Lambiase, F. (2013). «Optimization of shape rolling sequences by integrated artificial intelligent techniques». The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 68 (1–4): 443-452. S2CID 111150929. doi:10.1007/s00170-013-4742-2. 

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