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.

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]​

La invención del laminador en Europa puede atribuirse a Leonardo da Vinci en sus dibujos.^[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.

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.^[7]​

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  Lingote sacado del pozo de remojo
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  Foto de planchas frías
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  Lingotes de acero en un vagón
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  Barras en un vagón

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 un proceso de limpiado SCS, que revela una superficie lisa.^[8]​ Las tolerancias dimensionales suelen ser del 2 al 5% de la dimensión total.^[9]​

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.^[10]​

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:^[11]​

• 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

El laminado en frío ocurre con el metal por debajo de su temperatura de recristalización (generalmente a temperatura ambiente), lo que aumenta el strength a través de endurecimiento por deformación hasta en un 20 %. También mejora el surface finish y mantiene más apretado el tolerances. Los productos comúnmente laminados en frío incluyen láminas, tiras, barras y varillas; estos productos suelen ser más pequeños que los mismos productos laminados en caliente. Debido al tamaño más pequeño de las piezas de trabajo y su mayor resistencia, en comparación con el material laminado en caliente, se utilizan molinos de racimo o de cuatro alturas.^[12]​ El laminado en frío no puede reducir el espesor de una pieza de trabajo tanto como el laminado en caliente en una sola pasada.

Las láminas y tiras laminadas en frío vienen en varias condiciones: "totalmente duras", "medias duras", "un cuarto de dureza" y "laminadas en piel". El laminado completo reduce el espesor en un 50%, mientras que los otros implican una reducción menor. Luego, el acero laminado en frío se recoce para inducir la ductilidad en el acero laminado en frío, lo que se conoce simplemente como "recocido cerrado y laminado en frío". Skin-rolling, también conocido como "skin-pass", implica la menor cantidad de reducción: 0,5 a 1%. Se utiliza para producir una superficie lisa, un grosor uniforme y reducir el fenómeno fluencia (al evitar que se formen Banda de Lüders en el procesamiento posterior). Bloquea las dislocaciones en la superficie y, por lo tanto, reduce la posibilidad de formación de bandas de Lüders. Para evitar la formación de bandas de Lüders, es necesario crear una densidad sustancial de dislocaciones no fijadas en la matriz de ferrita. También se utiliza para romper el spangles en acero galvanizado. El material laminado en piel se usa generalmente en procesos posteriores de trabajo en frío donde se requiere una buena ductilidad.

Se pueden laminar en frío otras formas si la sección transversal es relativamente uniforme y la dimensión transversal es relativamente pequeña. Las formas de laminación en frío requieren una serie de operaciones de conformación, generalmente en las líneas de dimensionamiento, descomposición, desbaste, semidesbaste, semiacabado y acabado.

Si es procesado por un herrero, los niveles más suaves, más consistentes y más bajos de carbono encapsulado en el acero hacen que sea más fácil de procesar, pero a costa de ser más costoso.^[13]​

Los usos típicos del acero laminado en frío incluyen muebles metálicos, escritorios, archivadores, mesas, sillas, tubos de escape de motocicletas, gabinetes y hardware de computadoras, electrodomésticos y componentes, estanterías, accesorios de iluminación, bisagras, tuberías, tambores de acero, cortadoras de césped, equipos electrónicos. gabinetes, calentadores de agua, contenedores de metal, aspas de ventiladores, sartenes, kits de montaje en pared y techo, y una variedad de productos relacionados con la construcción.^[14]​

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. ^[15]​^[16]​ 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.^[17]​ 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.^[18]​ 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.^[19]​

• Teoría de placas y láminas
• Metalografía