ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL

Nombre: Andrés Santiago Flores Curso y numero de sección: Procesos de Manufactura PL1, Lunes 9:30-11:30 Número y título de experimento: Práctica No. 3 Laminación Profesor: Julio Alberto Cáceres Fecha de experimento: 18 de Julio del 2014 Fecha de presentación: 24 de Julio del 2014 Nombre de compañero de laboratorio: Luis Felipe Contento

RESUMEN: El laminado es un proceso de deformación en el cual el espesor del material de trabajo se reduce mediante fuerzas de compresión ejercidas por dos rodillos opuestos. Los rodillos giran para jalar el material de trabajo y simultáneamente apretarlo entre ellos. En la práctica que se resumirá a continuación se detallara el proceso de laminación al que fue sometida una placa de latón (aleación Cu 70 – Zn 30), el cálculo de la dureza y la metalografía de la misma. Estos valores nos serán de mucha utilidad debido a que se hará una comparación con los datos obtenidos por los grupos anteriores y posteriores mediante un gráfico en el que graficaremos la dureza y resistencia a la tracción de la placa. OBJETIVOS:

Comprender y analizar el funcionamiento de la maquina (laminadora) y sus herramientas mediante el reconocimiento de sus partes.

Conocer el efecto que tiene el trabajo en frio sobre los metales, en nuestro caso la respuesta al trabajo en frio de la placa de latón.

Estar en capacidad de entender, analizar e interpretar los resultados obtenidos en la práctica, para ver los efectos que se producen sobre el metal laminado en frio.

Realizar las respectivas curvas de dureza y tracción para la comparación de los resultados.

Observar las gráficas de las estructuras cristalinas obtenidas en cada una de las prácticas y sacar las respectivas conclusiones de las mismas.

MARCO TEORICO: Laminación en frio: El proceso de laminación en frío tiene el mismo fundamento que el de laminación en caliente, es decir, producir una deformación permanente aprovechando la ductilidad del acero; para ello se hace pasar el material entre dos cilindros cuya separación es inferior al espesor de la

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banda original. En la laminación en frío se parte de bobinas laminadas en caliente. Los espesores varían, según los tipos de acero, entre 1,5 mm y 8,5 mm, s56e reduce normalmente hasta espesores variados, comprendidos entre 0,10 mm y 6 mm. Para un acero plano (no aleado) hay las siguientes etapas:

1. Decapado o limpieza de la banda. 2. Laminación propiamente dicha. 3. Recocido regenerador. 4. “Temper” (endurecimiento superficial).

Las bobinas obtenidas pueden ir a:

Venta a clientes.

Corte longitudinal (flejes) o transversal (chapa cortada).

Recubrimiento anticorrosión. Proceso de decapado.- En la figura #1 se representa esquemáticamente una línea de decapado en la que se eliminan la cascarilla y demás impurezas adheridas a la piel. Ésta se desenrolla; su cabeza se corta perpendicularmente al avance y se suelda a la cola de la anterior (“enhebrado”). Es un proceso continuo que obliga a prever unos acumuladores de banda (“carros de bucles”) horizontales o verticales que sirven de pulmón compensador de las retenciones y acumulaciones que como es lógico han de producirse. Después la banda pasa por unos baños de ácido diluido y caliente que disuelve los óxidos, se lava y acondiciona. Finalmente se despunta, rebordea y arrolla. En muchas plantas se aplica una película de aceite que hace un doble papel anticorrosivo y lubricador. En la misma línea o en otra posterior se cortan los bordes de laminación en caliente evitando defectos y mejorando la tolerancia en anchura. Es la operación de “rebordeado”.

Figura#1 Línea de decapado de chapa.

Laminación propiamente dicha.- Después del decapado la banda está en condiciones de ser laminada en frío, es decir, rebajar su espesor original en porcentajes que varían desde el 30% (espesores gruesos) al 90 % (hojalata). Esta reducción se consigue en los trenes de laminación en frío, que pueden ser continuos (“tándem”) o reversibles con pasadas sucesivas.

1) Laminación en frío:

Con ella se reduce el espesor de la banda y se mejora el acabado superficial. Esta reducción se puede hacer en:

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- Trenes reversibles: En una sola caja cuarto se efectúan pasadas sucesivas de ida y vuelta hasta alcanzar el espesor previsto. - Trenes continuos (tándem), para aceros bajos en carbono: Las bandas pasan por 5, 6 o más cajas cuarto no reversibles en una sola pasada. La banda entra en la caja inicial y sufre una primera reducción, pasando a la segunda caja, en la que sufre una segunda reducción y así hasta la última, en la que recibe la pasada de acabado.

Figura#2 Tren continuo (”Tándem”) de reducción.

2) Laminación en frío de chapa a chapa:

Es un caso especial de proceso que se realiza cuando se desea llegar a espesores muy delgados sacrificando productividad. Se efectúa en trenes discontinuos, generalmente de una caja cuarto reversible. Se hacen varias pasadas con la chapa y doblando ésta después, hasta llegar al espesor delgado deseado.

Figura#3 Laminación en frio y recocido.

Proceso de recocido.- Sirve para restituir la maleabilidad al material laminado en frío gracias a la recristalización producida por el tratamiento térmico. El recocido se hace, según los casos, en campana (discontinuo) o en continuo. Con él se obtienen las características buscadas como:

Buena microestructura y características mecánicas.

Superficie favorable en cuanto a segregación y limpieza. El recocido en campana (Bell Annealing, BA) es un proceso discontinuo de larga duración, y que puede efectuarse:

Recociendo en atmósfera controlada varias bobinas abiertas en las que las espiras se han separado previamente. Se utiliza sólo en casos muy especiales.

Recociendo una o varias bobinas cerradas.

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MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS:

Maquina Laminadora.

Probetas de Aluminio.

Calibrador Vernier.

Micrómetro.

Microscopio.

Durómetro.

Lijas # 220, 320, 400, 600, 1000

Equipo de Metalografía.

Reactivo para Metalografía: Dicromato de Potasio.

DATOS DE LOS EQUIPOS UTILIZADOS

Micrometro Digimatic Micrometer

Marca Mitutoyo

Fig 1.0 Micrómetro

Laminadora de materiales no ferrosos

Marca CATTANED GALLARTE

fig. 1.1 Laminadora

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Pulidora Universal

Marca STRUERS

Codigo ESPOL 2741

Fig. 1.2

Durometro

Marca Rockwell

Codigo ESPOL 2910

Fig 1.3 Durometro

Microscopio Paxcam

Fig 1.4

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PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL: La máquina laminadora que tenemos a disposición funciona mediante un sistema de engranajes, los cuales a medida que giramos una manivela de control, la carga de laminado va aumentando. Como somos el tercer grupo que realiza la práctica, es decir que la probeta ya fue sometida a una deformación previa por lo que esta tendrá ya una dureza que puede ocasionar problemas en el transcurso de la práctica. Originalmente se debían dar 5 vueltas a la manivela para comenzar el proceso, pero como previamente mencionó la dureza con la que ya contaba la probeta nos comenzó a dar problemas, para que la probeta pueda pasar por la laminadora se necesitó reducir el número de vueltas de la manivela a 3 y con esto se reduciría el valor de la carga de laminación. Se tomaron 5 valores de nuestro ℎ0 para obtener un valor promedio en nuestra medición, luego como ya se explicó se le dieron 3 vueltas a la manivela e introducimos la probeta, del mismo modo se usó el calibrador Vernier para obtener un valor promedio en nuestro ℎ𝑓. Una vez finalizado el proceso de laminación cortamos un pedazo de

la probeta y la llevamos al laboratorio para que se le mida la dureza. Una vez obtenido el valor promedio de la dureza pasamos a realizarle la metalografía para poder observar la estructura cristalina una vez finalizado todo nuestro proceso. CALCULOS REPRESENTATIVOS: Datos Grupo #1: TABLA 1. DATOS DE LA PROBETA

Ho=7.361 W0=13.44

H0=7.368 W0=13.33

H0=7.373 W0=13.55

H0=7.389 Wo=13.58

H0=7.369 mm W0=13.49 mm % T.F.= 9.26% porcentaje de trabajado en frio. Estructura cristalina se mostrara en la sección de Anexos (Fig. #1). Tabla 4 Dureza.

PROBETA: DUREZA HRb

Primera 64

Primera 64

Primera 65

Dureza: 64 Hrb Datos Grupo #2: TABLA2. DATOS PROBETA CON LA PRIMERA PASADA

H1=6.849 W1=13.727

H1=6.846 W1=3.749

H1=6.841 W1=13.676

H1=6.851 W1=13.472

H1=6.844 mm W1=13.723 mm

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% T.F.= 17% porcentaje de trabajado en frio. Tabla5. Dureza

Dureza: 73Hrb Estructura cristalina se mostrara en la sección de Anexos (Fig. #2). Datos Grupo #3: TABLA3. DATOS DE LA PROBETA CON LA SEGUNDA PASADA.

H2=6.472 W2=13.708

H2=6.517 W2=13.747

H2=6.541 W2=13.751

H2=6.522 W2=13.805

H2=6.531 mm W2=13.750mm % T.F.= 24% porcentaje de trabajado en frio Tabla6 Dureza:

Dureza: 71.5 Hrb

Determinar la reducción de espesor máxima (draf).

Sabemos que la reducción de espesor máxima está dada por:

𝑑𝑚𝑎𝑥 = 𝑅µ2

Donde: R: Radio del rodillo

µ: Para trabajos en frio entre 0.1 a 0.2

𝑑𝑚𝑎𝑥 = (91/2 𝑚𝑚)(0.2)2 = 1.82 𝑚𝑚

Longitud de contacto en cada muestra en el laminado.

La longitud de contacto de laminado será:

𝐿𝑝 = √𝑅 ∗ ∆ℎ En la cual ∆ℎ = ℎ0 − ℎ

∆ℎ = 7.37 − 6.847 = 0.529

𝐿𝑝 = √100 ∗ 0.529 𝐿𝑝 = 7.27 𝑚𝑚

PROBETA: DUREZA HRb

Segunda 73

Segunda 74

segunda 73

PROBETA: DUREZA HRb

Primera 70

Primera 72

Primera 71

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Deformación real en las diferentes muestras.

La deformación real estará dada por la siguiente ecuación:

𝜀 = ln (ℎ0

ℎ) y 𝑒 = |

ℎ−ℎ0

ℎ|

𝜺 = 𝑑𝑒𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑟𝑒𝑎𝑙 𝒆 = 𝑑𝑒𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑖𝑛𝑔𝑒𝑛𝑖𝑒𝑟𝑖𝑙

Donde ℎ0 = espesor inicial ℎ = espesor final

𝜀 = ln (7.37

6.847) =0.07360 y 𝑒 = |

0.529

6.847| = 0.07726

Fuerza del rodillo.

La fuerza del rodillo estará dada por:

𝐹 = 𝑌𝑓 ∗ 𝑤 ∗ 𝐿𝑐 Donde:

F: Fuerza de laminado Yf: Esfuerzo de fluencia promedio w: Ancho de lámina

Lc: Longitud de contacto

Además

Yf =kεn

1 + n

Dónde: ε : Deformación real k: Coeficiente de resistencia del material (175 MPa) n: Exponente de endurecimiento (0.2) Primera pasada:

𝑌𝑓 =(175𝑀𝑃𝑎) ∗ (0.07360)0.2

1 + 0.2= 86.54 𝑀𝑃𝑎

𝐹 = 86.54 ∗ 13.475𝑥10−3 ∗ 7.27𝑥10−3 = 8.4777 𝐾𝑁

Potencia teórica para realizar el proceso para cada material.

𝑃 =2𝜋

60∗ 𝑁 ∗ 𝐹 ∗ 𝐿𝑝 [𝑊]

Dónde: P : Potencia de laminado

N : Velocidad de rotación [rpm]

F : Fuerza de laminado

𝐿𝑝: Longitud de contacto

𝑃 =2𝜋

60∗ 25𝑟𝑝𝑚 ∗ 8.477𝐾𝑃𝑎 ∗ 7.27𝑥10−3𝑚 [𝑊]

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𝑃 = 161.34 [𝑊]

Trabajo de conformado del proceso de laminación.

𝑊 = ∀ ∫ 𝜎𝑑𝜀; Donde 𝜎 = 𝑘𝜀𝑛

𝜎 = 𝑘𝜀𝑛 = (175𝑀𝑃𝑎)(0.07360)0.2 = 103.851

∀= (7.3766 ∗ 13.475 ∗ 1)𝑥10−3 = 0.09939

𝑊 = (0.09939) ∫ 𝑘𝜀𝑛𝑑𝜀

𝑊 = (0.09939) |𝑘𝜀𝑛+1

𝑛 + 1|

0

0.2

𝑊 = (0.09939)(175𝑀𝑃𝑎) ∗ (0.07360)0.2+1

0.2 + 1= 0.63307 𝐽

ANALISIS DE RESULTADOS: Según los datos obtenidos podemos observar que la dureza aumentaba después de cada pasada por la laminadora, esto se produce por las deformaciones en la estructura cristalina producida por el trabajo en frio. Refiriéndonos a la elongación que logro cada grupo, podemos observar que cada vez se producía una menor elongación, esto es debido a que el material se iba endureciendo cada vez más lo que dificultaba la pasada por la laminadora, por lo que se debían reducir el número de vueltas con la manivela para disminuir la carga de forja. En la sección de anexos se podrá observar el grafico de dispersión donde se muestra el comportamiento de la dureza, resistencia a la tensión y elongación con respecto al %T.F. además de los cambios en la estructura cristalina de la probeta antes de ser laminada y al final de todo el proceso. CONCLUSIONES:

Se comprendió y analizo el funcionamiento de la maquina (laminadora) y sus herramientas mediante el reconocimiento de sus partes.

Conocimos el efecto que tiene el trabajo en frio sobre los metales, en nuestro caso la respuesta al trabajo en frio de la placa de latón.

La laminación es un proceso de reducción de espesor por naturaleza muy ineficiente porque la mayor cantidad de energía se pierde como calor ello se puede notar claramente en el aumento de la temperatura de las probetas luego de la laminación.

Realizamos las respectivas curvas de dureza y tracción para la comparación de los resultados.

Observamos las gráficas de las estructuras cristalinas obtenidas en cada una de las prácticas y obtuvimos las respectivas conclusiones de las mismas.

Cuando la plancha es delgada no conviene usar laminadores de radio grande porque debido al gran radio de curvatura solo se produce deformación elástica y no plástica.

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RECOMENDACIONES:

Es recomendable hacerlo en varias pasadas.

Demasiadas pasadas pueden ocasionar un endurecimiento excesivo en el material por lo que podría volverse frágil y en algún momento podría llegar a agrietarse.

Tener cuidado al momento de pasar la pieza por la laminadora, cumplir las respectivas normativas de seguridad para evitar cualquier accidente.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFIAS:

Fundamentos de Manufactura Moderna, Mikell P. Groover, sección 21.1 pág. 448.

http://copernico.escuelaing.edu.co/lpinilla/www/protocols/MATE/PROTOCOLO%20LAMINACION.pdf

http://oa.upm.es/2074/1/LAMINACION2_MONO_2010.pdf

http://www.ahmsa.com/proceso-de-fabricacion-del-acero ANEXOS:

Fig.1 Microestructura antes del laminado

Fig.2. Microestructura 1era. Pasada

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Fig.2.2 Microestructura 3era. Pasada

Figura#11.- Diagrama PITOC proceso laminado en frio.

PREGUNTAS EVALUATIVAS

Indique como influye el material para determinar la fuerza y la potencia de laminación.

Mientras tenga un mayor esfuerzo de cedencia, mayor potencia se necesitara par poder hacer fluir el material

Indique Ud. como influye la laminación en frío, en la inducción de endurecimiento. En los diferentes materiales.

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Influye en que a medida que se trabaja más y más en frio el material se va endureciendo y se vuelve frágil

Indique Ud. como varía la microestructura durante el laminado.

La microestructura varía desde granos muy desordenados y pequeños, hasta granos mucho más ordenados y más alargados.

Cuál sería el mejor tratamiento térmico para evitar que la plancha se rompa durante la laminación y por que

Realizar un tratamiento térmico puede ser un revenido.