Guia Laboratorio Laminado Un

PRÁCTICA LABORATORIO LAMINADO EN FRÍO DE METALES 1

INTRODUCCIÓN

Los procesos de laminación en frío se clasifican como procesos convencionales de deformación volumétrica para producir láminas y tiras llevados a cabo generalmente a temperatura ambiente, lo cual genera propiedades únicas respecto a otros procesos. Las expresiones matemáticas que rigen el comportamiento del material en estos procesos están relacionadas entre distintos parámetros denotados a partir de un conjunto de ecuaciones que relacionan fuerza de laminación entre un par de ejes que transmiten la potencia a dos cilindros encargados de generar la deformación plástica en el material. No obstante debido a la complejidad que implica estudiar el comportamiento, se determina realizar simplificaciones respecto a cada una de las variables que describe el proceso. A partir de esta práctica de laboratorio se pretende entender los conceptos que gobiernan el proceso de laminación haciendo uso de equipos y herramientas que dispone el laboratorio de ensayos mecánicos y deformación plástica de la Universidad Nacional de Colombia para poder determinar el comportamiento que tienen los metales al ser trabajados en frío. 2

OBJETIVOS

1. Comprender el funcionamiento de la máquina laminadora a partir del reconocimiento de sus partes.

2. Conocer los efectos generados en el material al ser laminado en frío. 3. Establecer la relación experimental entre la energía consumida por el equipo de laminación a partir de variables eléctricas y la energía disipada por el material obtenida a partir de la curva esfuerzodeformación. 4. Entender, analizar e interpretar los resultados obtenidos durante la práctica.

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CONCEPTOS TEÓRICOS.

Cuando se lamina un material de baja resistencia, éste se puede conformar a menor fuerza de laminación y amperaje en los motores, produciendo valores de fricción más bajos que facilita el proceso; si el material posee mayor dureza y resistencia, se presenta un grado mayor de dificultad en el procesado, originando mayor fuerza de laminación y amperaje para poder reducir el espesor de la lámina. Para realizar una aproximación al cálculo de las fuerzas de laminación [1], se tienen en cuenta ciertas consideraciones y suposiciones descritas a continuación:  Condiciones de deformación plana.  Deformación homogénea.  Coeficiente de fricción constante.  Deformación despreciable de cilindros durante laminación.  Punto neutro dentro del arco de contacto.  Condiciones de volumen constante.

3.1 Formulas básicas en proceso de laminado De acuerdo a [2-3], los procesos de laminación plana se pueden describir a partir de las siguientes ecuaciones, tendiendo presente la representación esquemática de las figuras 1a, 1b y 1c.

𝐿 es la longitud de contacto entre el rodillo y la cinta definido a partir de: 𝐿=

𝑅 ℎ0 − ℎ𝑓

Espesor promedio: ℎ𝑎 = ℎ0 + ℎ𝑓 /2 Porcentaje de reducción relativa: 𝑟=

∆ ℎ0

= 1−

ℎ𝑓 ℎ0

Elongación: 𝑒=

ℎ0 ℎ𝑓

Ángulo del arco de contacto: 𝛼 = cos −1 1 −

∆ 2𝑅

3.2 Consideraciones a tener en cuenta durante control de calidad

Figura 1. a) Esquema del proceso de laminación plana. b) Fuerzas de fricción que actúan sobre las superficies de la cinta. c) Fuerza de laminado (𝐹) y torque (𝑇) que actúan sobre los rodillos. 𝐹 = 𝐿𝑤𝑌𝑝𝑟𝑜𝑚 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 =

2𝜋𝐹𝐿𝑁 60000 𝑘𝑊

Los defectos presentes en los materiales debido al proceso de laminación y a cualquier otro proceso son indeseables no solo por la disminución en la calidad estética del material, sino porque también puede estar comprometida su integridad estructural relacionada con las características mecánicas y de fabricación; las consideraciones más relevantes respecto a estas condiciones son:  Espesor de banda en la línea central  Perfil del espesor  Ancho de banda  Propiedades mecánicas del material  Esfuerzos residuales y acabado superficial del producto final

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DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO

En esta sección se realizará la descripción de las principales partes que compone la máquina, inicialmente se tiene el aspecto general de la máquina.

Figura 4. Configuración sistema transmisión potencia cadena-ruedas dentadas. 4.2 Ejes tipo cardan. Figura 2. Máquina laminadora 4.1 Sistema de potencia. Consta de un moto-reductor con las siguientes especificaciones de potencia mecánica 3 HP y 45 RPM; el cual se acopla a un sistema de transmisión por cadenas y conjunto de ruedas dentadas, que conducen el torque generado por el motor hacia los rodillos de laminación.

Permiten generar un movimiento entre dos ejes a un ángulo distinto el uno respecto al otro, provocando que el eje del rodillo superior de laminación pueda ser graduado para obtener el valor al cual se desea llegar en el proceso de reducción de espesor de un material en específico.

Figura 5. Acople tipo cardan. Figura 3. Configuración sistema transmisión potencia motor-cadena.

4.3 Rodillos de laminación Se recomienda que los rodillos a implementar para procesos de laminado en frío sean fabricados en acero SAE 1045. El diámetro medido de los rodillos es de 62.8 mm.

4.

5. Figura 6. Configuración rodillos laminadores 4.4 Tornillos de graduación Tornillos que permiten subir o bajar el rodillo superior de laminación a la medida requerida de espesor final a obtener de la lámina, la forma de realizar la calibración y reglaje del espesor requerido es a partir de galgas o reglas de medición.

6.

7. 8.

correspondiente al inicio de reducción de espesores. Medir espesor y ancho del material a laminar utilizando el pie de rey, de acuerdo a distintos puntos de medición determinar los valores promedio. Realizar encendido máquina laminadora teniendo presente que la plataforma de trabajo debe estar completamente desocupada. Realizar las mediciones correspondientes de corriente eléctrica y velocidad de rotación de los rodillos para cada reducción de espesor; teniendo a disposición un tacómetro y una pinza amperimétrica. Medir el espesor final obtenido. Consignar los datos.

6 INFORME 

Obtener el gráfico curva esfuerzodeformación para cada uno de los materiales utilizados en la práctica, analizar el coeficiente de resistencia y exponente de endurecimiento 𝐾 y 𝑛 respectivamente. De acuerdo a los resultados consignados. ¿Qué características encuentra en los materiales cuando han sido laminados?. Compare los valores obtenidos y los disponibles en la literatura.



Calcular potencia consumida durante el proceso de laminado y energía de deformación obtenida con el material a partir de resultados a ensayos por tracción, comparar sus resultados realizando las respectivas

Figura 7. Mecanismo graduación espesor final a laminar.

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PROCEDIMIENTO 1. Verificar conexiones eléctricas. 2. Verificar que los dispositivos mecánicos se encuentren correctamente asegurados. 3. Calibrar y calcular separación entre rodillos laminadores

conversiones (análisis dimensional simplificado). Nota: Para el cálculo de potencia eléctrica tenga en cuenta la fórmula 𝑝𝑒𝑙𝑒 . = 3. 𝑉𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎 . 𝐼𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎 . 𝑐𝑜𝑠𝜃 . Para el cálculo de energía de deformación tenga en cuenta los conceptos de resiliencia y tenacidad. 

¿Qué conclusiones puede obtener a partir del formado realizado al cobre electrolítico (pureza de 99,9%) y la aleación de aluminio 6063 T6?; comente dos aplicaciones ingenieriles de estos materiales.

7 BIBLIOGRAFÍA [1] Rath, G. (2000). Model based thickness control of the cold strip rolling process (PhD thesis), University of Leoben, Austria. [2] Kalpkjian, S. Schmid, S. R. “MANUFACTURA, INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA” quinta edición. Editorial PEARSON EDUCACIÓN. México, 2008. [3] Yun, I. S., Wilson, W. R. D., & Ehmann, K. F. (1998). Review of chatter studies in cold rolling. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 38(12), 1499–1530. [4] Groover, Mikell. P. “Fundamentos de manufactura moderna” tercera edición. Editorial McGraw-Hill. México, 2007.

ANEXOS