Processos de Fabricação: Laminação e Agarramento

Processos de Fabricação Como a laminação é um processo em que os cilindros atuam em um esforço de compressão diretamente sobre a peça Velocidade Agarramento ângulo de mordida e força LAMINAÇÃO Processos de Fabricação Velocidade angular dos cilindros é medida em rotações por minuto rpm Na laminação a velocidade é a periférica ou tangencial que é dada em metros por segundo Esta velocidade é o quociente entre o arco percorrido por um determinado ponto e o tempo gasto para tal A velocidade periférica dá aproximadamente a velocidade de saída de uma barra que está sendo laminada entre dois cilindros A velocidade de entrada da barra é menor que a velocidade periférica dos cilindros e velocidade de saída é maior LAMINAÇÃO Processos de Fabricação Este fato é conhecido como avanço ou deslizamento à frente que dependem Temperatura da barra Redução de espessura Diâmetro dos cilindros Estado da superfície dos cilindros LAMINAÇÃO Processos de Fabricação Objetivo Reduzir a área da seção transversal da barra a ser laminada Espessura inicial h1 desta barra é maior que a distância he2 entre os 2 cilindros Problema do agarramento da barra Como se dá AGARRAMENTO Processos de Fabricação Sabese que o agarramento depende dos seguintes fatores Coeficiente de atrito da superfície dos cilindros Diâmetro dos cilindros Redução de espessura Velocidade dos cilindros Temperatura da barra Impulso da barra AGARRAMENTO Processos de Fabricação Coeficiente de atrito da superfície dos cilindros Sabese que em mecânica que o atrito entre duas superfícies que se tocam será tanto maior quanto mais rugosas e quanto maiores forem as áreas dessas superfícies em contato Quando os cilindros forem rugosos e a barra a ser laminada estiver bem aquecida o coeficiente de atrito entre as superfícies tornamse maiores AGARRAMENTO Processos de Fabricação Coeficiente de atrito da superfície dos cilindros AGARRAMENTO Material Laminado Material do Cilindro Temperatura de Laminação Coeficiente de atrito Aço ao C Aço 400900º C 040 Aço ao C Aço 9001000º C 030 Aço ao C Aço 10001100º C 020 Alumínio Aço 375º C 054 Cobre Aço 750º C 035 Níquel e Chumbo Aço 900 e 180º C 032 Estanho e Zinco Aço 100 e 110º C 017 Processos de Fabricação Diâmetro dos cilindros Quanto maior o diâmetro dos cilindros melhor o agarramento pois quanto maior a área de contato maior será o atrito entre as áreas AGARRAMENTO Processos de Fabricação Redução de espessura Redução de espessura é a diferença entre a espessura de entrada no laminador e a espessura de saída E em relação à redução quanto menor for a redução mais fácil é o agarramento AGARRAMENTO Processos de Fabricação Velocidade dos cilindros Influi diretamente no atrito Quanto menor for a velocidade relativa entre duas superfícies que se tocam maior será o atrito entre elas facilitando assim o agarramento Esta é uma grande vantagem dos laminadores com reguladores de velocidade AGARRAMENTO Processos de Fabricação Temperatura da barra É comprovado que até temperaturas da ordem de 500 C o coeficiente de atrito entre a barra e os cilindros aumenta Acima deste valor quanto maior for a temperatura menor será o coeficiente de atrito dificultando o agarramento AGARRAMENTO Processos de Fabricação Impulso da barra O impulso o torna o agarramento mais fácil porque há uma força suplementar que auxilia a penetração da barra entre os cilindros Empurrada contra os cilindros pelo próprio operário Pelos pelos rolos da mesa de entrada da cadeira Pelos cilindros da cadeira anterior caso de laminadores contínuos Dispositivos mecânicos especiais AGARRAMENTO Processos de Fabricação Volume constante Como o que se busca em laminação é o alongamento da barra o alargamento é visto como um desperdício Na laminação de perfis procurase tirar proveito do alargamento para se obter uma determinada seção transversal ALONGAMENTO E ALARGAMENTO Processos de Fabricação O alargamento é influenciado por fatores que podem aumentar ou diminuílo Redução de espessura pois quanto maior for a redução maior será o alargamento Diâmetro dos cilindros pois grandes diâmetros dão um alargamento maior Velocidade dos cilindros pois quanto maior for a velocidade menor será o alargamento Superfície dos cilindros pois superfícies rugosas dão maior alargamento que superfícies polidas ALONGAMENTO E ALARGAMENTO Processos de Fabricação O alargamento é influenciado por fatores que podem aumentar ou diminuílo Composição química do aço que está sendo laminado pois os aços doces ferro dão maior alargamento que aços duros Temperatura da barras pois quanto menor a temperatura da barra maior será o alargamento Largura inicial do produto ALONGAMENTO E ALARGAMENTO Processos de Fabricação Quando se introduz uma barra entre os cilindros aparece a força de laminação que comprime os cilindros contra seus mancais alonga as colunas da cadeira e flexiona os cilindros além de desaparecerem as folgas do conjunto A força de laminação aparece entre os dois cilindros tendendo separálos A separação de fato não acontece porque é contida pelos mancais e pela cadeira mas ela é necessária para vencer a resistência do metal e o atrito deste contra os cilindros FORÇA DE LAMINAÇÃO Processos de Fabricação FORÇA DE LAMINAÇÃO Processos de Fabricação O motor deve fornecer além da força para vencer a resistência do metal quando este é introduzido uma força suplementar para vencer a resistência oferecida pelo atrito dos cilindros contra os mancais pelo atrito entre as engrenagens da caixa de pinhões ou do redutor pelas perdas do próprio motor entre outras A força de laminação é medida pelas células de pressão e é também conhecida como carga de laminação ou pressão de laminação FORÇA DE LAMINAÇÃO Processos de Fabricação ESPESSURA LIMITE REDUÇÃO MÁXIMA Para um determinado diâmetro de cilindro de trabalho há uma espessura mínima O achatamento local dos cilindros em contato com a chapa FORÇA DE LAMINAÇÃO Processos de Fabricação ESPESSURA LIMITE REDUÇÃO MÁXIMA Fórmula para determinação da espessura mínima de um metal a ser laminado Hm 358 x Do E H espessura da chapa em pol D diâmetro do cilindro de trabalho coeficiente de atrito entre chapa e cilindro o produto de 155 2 312 e limite de escoamento pelo esforço de deformação em solicitação simples em lb pol2 tensão exercida sobre a chapa 50 de tensão de entrada e 50 de saída em lbpol2 E módulo de elasticidade em lb pol2 FORÇA DE LAMINAÇÃO Processos de Fabricação RELAÇÕES GEOMÉTRICAS E CÁLCULOS NA LAMINAÇÃO x z y hi hf W w Processos de Fabricação COMPRIMENTO DO ARCO DE CONTATO R h L Diâmetro do cilindro para uma determinada redução em uma chapa de espessura dada o comprimento do arco de contato é proporcional à raiz quadrada do raio Processos de Fabricação ÂNGULO DE CONTATO R h R L R Q senα R Rh R h Para ângulos pequenos R h sen Processos de Fabricação Deformação f i p h ln h Deformação plástica verdadeira Processos de Fabricação Atrito na laminação T 0 0005 105 80 Cilindros de aço 0 0005T 1 05 Cilindros de FoFo Processos de Fabricação CONDIÇÃO DE MORDIDA DA CHAPA tg Para que a chapa seja arrastada pelos cilindros é necessário que a força de atrito T entre a chapa e o cilindro seja grande o suficiente para puxar a chapa para o interior do arco de contato Fx 0 Processos de Fabricação MÁXIMA REDUÇÃO E RAIO MÍNIMO Sabendo que o ângulo de contato é dado por Válido apenas para chapas com cantos vivos na área de contato com os cilindros Além de ser afetada pelo coeficiente de atrito e do raio do cilindros a mordida também é afetada pela severidade do passe redução e velocidade R h tg R h R h 2 max 2 min h R MÁXIMA REDUÇÃO E RAIO MÍNIMO Processos de Fabricação CONDIÇÃO DE ARRASTE Caso a chapa tenha um perfil que acompanhe o arco de contato ou seja tenha uma extremidade afinada em formato de chanfro ou que acompanhe o arco de contato Em um desbastador reversível fazse um passe mais fraco menor redução que o passe desejado A placa será mordida e é iniciado o arraste então o laminador é parado e feito em marcha ré Fechamse então os cilindros para a regulagem correspondente ao passe mais forte que se pretendia obter A placa cuja extremidade foi afinada é mordida facilmente pelos cilindros e em seguida o arraste se faz normalmente R 4 h 2 max 2 min 4 h R Processos de Fabricação DEFORMAÇÃO ELÁSTICA DOS CILINDROS DE LAMINAÇÃO A FRIO Raio do arco deformado E Módulo de elasticidade e ν Coef Poisson Diferenças entre o raio original e o deformado de até 10 são aceitáveis na indústria Aços c 22 x 105 mm²N Ferros fundidos c 44 x 105 mm²N w P h c R R 1 E c ² 16 1 Processos de Fabricação Alargamento da chapa na laminação a quente Depende principalmente da geometria do processo Calculado através de experiências práticas Tafel e Sedlaczek No cálculo de carga a quente é recomendável substituir a largura da chapa por uma média f i i i i h h w h w R w w 435 0 2 2 f i w w w Processos de Fabricação TAXA DE DEFORMAÇÃO f i h h R h v 2 Taxa de deformação em 𝑠1 30 Rn v Sendo n a rotação dos cilindros em rpm e v em mms Afeta diretamente a carga de laminação Utilizado para o cálculo da tensão média de escoamento na laminação a quente Processos de Fabricação Tensão média de escoamento na laminação ou Resistência à deformação S Tensão necessária para deformar plasticamente o material A quente É função da deformação ε da taxa de deformação da temperatura da história da deformação e da estrutura metalúrgica do metal A frio É função da história da deformação anterior da deformação e do encruamento Processos de Fabricação Tensão média de escoamento na laminação S Y Tensão necessária para deformar plasticamente o material A tensão necessária para inicial a deformação por tração pura critério de escoamento Na formação de planos critério de Von Mises Ou seja a tensão necessária para iniciar a deformação plástica na laminação é 15 maior que a tensão de escoamento do material obtida num ensaio de tração 115Y S 1 15Y b a d Y Y Processos de Fabricação Tensão média de escoamento na laminação S Há basicamente 2 formas de calcular a tensão média de escoamento de um material 1º por equações empíricas a quente Equação de Misaka Utilizado para aços carbono Considera o teor de carbono C a deformação e a taxa de deformação Foi testada para teores de carbono na faixa de 005 a 120 temperatura entre 750 a 1200ºC e deformação abaixo de 050 A temperatura T deve ser em Kelvin TC 273 ² 1120 2968 2851 0 594 1 75 0126 115 exp 0 13 21 0 2 2 kfg mm T C C C C S Taxa de deformação Deformação Processos de Fabricação Tensão média de escoamento na laminação S Por métodos gráficos a frio Material previamente deformado em 10 Qual será a tensão média de escoamento para deformar esse material em mais 15 635 MPa 900 MPa 767MPa 2 900 635 Y 882Mpa 115767 S Processos de Fabricação Tensão média de escoamento na laminação S A frio Equação de Hollomon K é um coeficiente de resistência n é um expoente de ecruamento n K p 0 54 320 p Processos de Fabricação Tensão média de escoamento na laminação S A frio Equação de Hollomon K é um coeficiente de resistência n é um expoente de ecruamento n K p 0 54 320 p Processos de Fabricação CÁLCULO DE CARGA SEM ATRITO P SA 21 Sw R h P Processos de Fabricação CÁLCULO DE CARGA COM ATRITO 2 1 fh h h 1 h wh exp μ R h S P Processos de Fabricação CÁLCULO DE CARGA MÉTODOS EMPÍRICOS Uma abordagem geral que apresenta boa conformidade com dados industriais reais pode ser descrita pela expressão QF é um fator geométrico que correlaciona as demais variáveis do processo de laminação hi hf R Baseandose em dados experimentais Ekelund Sims Bland e Ford propuseram diferentes equações para o cálculo de QF algumas mais úteis para a laminação a quente outras para a laminação a frio wS R Δh QF P Processos de Fabricação CÁLCULO DE CARGA MÉTODOS EMPÍRICOS Equação de Ekelund a frio e a quente A frio se utiliza o raio deformado R e a quente a largura média Qe P Sw R h f i h h h h R Qe 21 61 1 w Processos de Fabricação CÁLCULO DE CARGA MÉTODOS EMPÍRICOS Método gráfico de Bland e Ford a frio Qf P Sw R h f f h R Q fh R f Q Deformação nominal i f i h h h e Processos de Fabricação CÁLCULO DE CARGA MÉTODOS EMPÍRICOS Equação de Sims a quente Pode ser obtido por meio de um diagrama cobrindo a maior parte dos casos práticos de laminação w R h Qs P S 4 ln 4 2 int 2 1 f i f f f i f i f h h h h R h h arctg h h h h Qs s Q Deformação nominal i f i h h h e 𝐶𝑢𝑟𝑣𝑎 𝑅 ℎ𝑓 Processos de Fabricação TORQUE Os valores de são de 05 para laminação a quente e 045 para laminação a frio Pd M L d R h L R h P M No torque P deve ser em kg R e ℎ em metros Valores de Lingotes placas e blocos 05 Para LTF 04 048 Para LTQ aços carbono 035 04 Para LTQ açosliga 028 056 Processos de Fabricação POTÊNCIA 716 2 2 nM N 974 2 nM N A potência em CV total necessária para os dois cilindros é Sendo N em CV M em Kgm e n em RPM Em kW ou 𝑁 2𝜋𝑃𝐿𝑛 60000 L em metro e n em RPM Processos de Fabricação BIBLIOGRAFIA GROOVER MIKELL P Introdução aos processos de fabricação Mikell P Groover tradução Anna Carla Araujo tradução e revisão técnica André Ribeiro de Oliveira et al 1 ed Rio de Janeiro LTC 2014 CHIAVERINI V Tecnologia Mecânica vol02 McGraw Hill 2ª edição HELMAN Horacio R ROBERTO Celtin FUNDAMENTOS DA CONFORMAÇÃO Mecânica dos Metais São Paulo Artliber Editora 2005 LIRIO Shaeffer Conformação Mecânica Rio Grande do Sul Imprensa Livre Editora 1999 L PACHECO Joyson A BORTOLIN Arthur PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO Rio Grande do Sul 2012 L SOUZA Altair ESTUDO DA TENSÃO MÉDIA DE ESCOAMENTO DE AÇOS LAMINADOS EM TIRAS A QUENTE Minas Gerais 2010 VA BARROS CÁLCULO DE AÇÕES SOBRE A TENSÃO APLICADA À TIRA EM FACE A DISTÚRBIOS NA ESPESSURA DE ENTRADA DE UMA CADEIRA DE LAMINAÇÃO Espírito Santo 2006