Prelucrarea prin laminare

Laminarea este o tehnologie de deformare plastica la rece sau la cald care consta din trecerea fortata a semifabricatului prin spatiul dintre doi cilindri care se rotesc de regula in sensuri contrare. Prin laminare in general se reduce sectiunea si creste lungimea semifabricatelor. Laminarea prezinta o deosebita importanta economica datorita proprietatilor bune pe care le imprima materialelor si costurilor deosebit de mici. Peste 75% din cantitatea de otel precum si o mare parte a aliajelor neferoase se prelucreaza prin laminare. Laminarea este economica atat pentru obtinerea semifabricatelor lungi cu sectiune constanta cat si pentru obtinerea de produse finite complexe. Ca semifabricate initiale se folosesc lingouri si blocuri turnate continuu tip brama sau blum sau produse laminate de sectiune mai mare. In urma laminarii se obtin semifabricate laminate grele: sleburi, blumuri, profile grele, tabla groasa, laminate plate: table subtiri, benzi, platine, profile laminate: rotund, patrat, hexagon etc., profile complexe: cornier, profil U, I, T, sina cale ferata, sina tramvai etc., tevi, sarme, produse speciale: inele, axe, bile, role, roti etc.

Elemente de teoria laminarii.

Laminarea se aplica pentru obtinerea tablelor si benzilor pe caje cu cilindri cu suprafata dreapta figura 4.10a si pentru obtinerea profilelor, barelor si tevilor pe caje cu cilindri cu calibre deschise sau inchise figura 4.10b.

Fig. 4.10. Schema laminarii a) tablelor, benzilor b) profilelor.

Pentru cazul cel mai raspandit al laminarii longitudinale, cilindrii au sensuri contrare de rotatie, axele cilindrilor paralele si plasate intr-un plan vertical. Zona de deformare la laminarea longitudinala este caracterizata printr-o serie de marimi ca: reduere, lungire, latire care o definesc din punct de vedere geometric si determina modul de curgere a materialului figura 4.11.

			-D diametrul cilindrilor a unghiul de contact -AB arcul de contact Dh=ho-h1 reducerea absoluta eh Dh/ho reducerea relativa g=ho/h1 coeficientul de reducere DL=L1-L1 lungirea absoluta eL DL/Lo lungirea relativa l=L1/Lo coeficientul de lungire Db=b1-bo latirea absoluta eb Db/bo latirea relativa b=b1/bo coeficientul de latire -N forta de apasare normala mN Forta de frecare tangentiala

Fig.4.11 Zona de deformare la laminarea longitudinala.

Relatia dintre coeficienti se poate determina pornind de la legea volumului constant V_o=V₁ : h_ob_oL_o=h₁b₁L₁ : h_o/h₁=b₁L₁/b_oL_o : g b l

Pentru realizarea deformarii cilindrii actioneaza asupra semifabricatului cu o forta de presare normala N pe directie radiala si cu o forta de frecare tangentiala mN distribuite pe arcul de contact AB. Pentru simplificarea rationamentului si calculelor vom considera cele doua forte concentrate in punctul A de intrare a semifabricatului intre cilindri. Pentru ca laminarea sa aiba loc trebuie ca fortele care actioneaza in sensul de intrare a semifabricatului intre cilindri sa fie mai mari ca cele care se opun. Avand in vedere proiectiile pe directia de laminare a fortelor de interactiune dintre cilindri si semifabricat se obtine relatia: mNcosa> Nsina sau m> tga Rezulta ca laminarea are loc daca coeficientul de frecare dintre cilindri si semifabricat este mare respectiv mai mare ca tangenta unghiului de prindere. Pentru a evidentia mai bine factorii care influenteaza prinderea semifabricatului intre cilindri in vederea laminarii vom calcula unghiul a

Din triunghiul O₁AB putem scrie:.

Conditia de prindere devine: .

Analiza acestei relatii arata ca prinderea semifabricatului intre cilindri este mai buna si laminarea mai sigura daca intre cilindri si semifabricat coeficientul de frecare este mai mare, diametrul cilindrilor de laminare este mai mare si reducerea Dh este mai mica. Cresterea coeficientului de frecare se poate realiza prin rizarea suprafetelor active ale cilindrilor. Exista o valoare maxima a reducerii Dh_max care se poate obtine la laminare pe o anumita caja de laminare. Daca dimensiunile finale ale semifabricatului impune o reducere mai mare laminarea se va face in mai multe treceri. In conditiile laminarii la limita cu reducerea Dh_max se poate determina coeficientul de frecare dintre cilindri si semifabricat pentru o anumita stare a suprafetei cu relatia .De asemenea se pot calcula valorile unghiurilor de prindere: pentru cilundri netezi α=22-24^o iar pentru cilindri profilati α=30-34^o, lucru confirmat si experimental.

Laminarea este insotita de fenomenele de intarziere si avans.

Intarzierea este un fenomen care se manifesta la intrarea semifabricatului intre cilindri de laminare si consta in aceea ca viteza de deplasare in sensul intrarii intre cilindri, pe orizontala a unui punct situat pe semifabricat este mai mica decat viteza omologului sau de pe cilindru. Deci intre cilindru si semifabricat se manifesta o alunecare.

Fig.4.12 Intarzierea si avansul la laminare

Notam cu: - v_I viteza de intrare a materialului intre cilindri,

v_pcos α componenta orizontala a vitezei a omologului de pe cilindru a punctului de intrare.

Conform definirii fenomenului v_i<v_pcos α, iar valoarea intarzierii se determina cu relatia:

Avansul este un fenomen care se manifesta la iesirea semifabricatului dintre cilindri si consta in aceea ca viteza de deplasare in sensul iesirii dintre cilindri a unui punct situat pe semifabricat este mai mare decat componenta orizontala a omologului sau de pe cilindru.

Notam cu: -    v_p viteza periferica a cilindrului,

v_e viteza de iesire a semifabricatului.

Conform definirii fenomenului v_e>v_p iar valoarea avansului se determina cu relatia: .

Daca vom construi diagrama de variatie a vitezelor pe lungimea arcului de contact AB figura 4.13 vom constata ca exista doua zone distincte: la intrare zona de intarziere AM in care intotdeauna viteza semifabricatului este mai mica decat componenta orizontala a vitezei periferice a cilindrului si la iesire zona de avans MB in care viteza semifabricatului este mai mare ca viteza periferica a cilindrului. Intre cele doua zone in jurul punctului M la un unghi γ pe arcul de contact AB se afla o zona neutra in care vitezele sunt aproximativ egale.

Fig.4.13 diagrama vitezelor pe lungimea arcului de contact AB.

Identificarea acestor fenomene a permis clarificarea unor probleme inclusiv un calcul mai precis al fortei de laminare.

Forta de laminare.

Forta de laminare se poate determina cu relatia lui Telicov

F=Pmed.Sc in care:

Pmed este presiunea medie pe arcul de contact Pmed =C.Rd_med

Rd_med este rezistenta medie la deformare

Sc este suprafata de contact Sc=Lc.bmed in care:

Lc este lungimea arcului de contact

Bmed este latimea medie

In calculul fortei de laminare se utilizeaza valoarea medie a presiunii de laminare deoarece aceasta variaza pe lungimea arcului de contact datorita fenomenelor de intarziere si avans si deci a alunecarii relative intre material si cilindri. In figura 4.14 este prezentata variatia presiunii pe arcul de contact AB.

Fig. 4.14 Variatia presiunii pe arcul de contact AB.

Daca analizam formula explicita a fortei de laminare constatam ca pentru reducerea acesteia se poate actiona in urmatoarele directii: reducerea rezistentei la deformare prin incalzire, reducerea lungimii arcului de contact prin reducerea diametrului cilindrilor de laminare cu implicatii asupra rigiditatii cajei sau prin micsorarea reducerii Dh pe fiecare trecere cu implicatii asupra productivitatii.

Determinarea numarului de treceri la laminare.

Atunci cand pentru prelucrare sunt necesare reduceri foarte mari laminarea se va face in mai multe treceri succesive. Pentru calculul numarului de treceri se porneste de la legea volumului constant.

V₀=V₁ h₀b₀L₀=h_nb_nL_n

in care S₀, S_n sectiunile initiala si finala a semifabricatului si -l_T coeficientul de lungire total.

La o singura trecere este posibila o deformare cu grad de deformare limitat careia ii corespunde un coeficient de lungire -l

Se poate scrie

Daca vom considera :

In aceste conditii :

Rezulta numarul de treceri la laminare .

Utilajul pentru laminare.

Principalul utilaj pentru laminare este laminorul deservit de o gama larga de utilaje auxiliare. Componentele de baza ale unui laminor sunt -1 motor electric de actionare, -2cuplaje, -3volanti, -4 reductor de turatie, -5 caja de angrenare, -6 bare de cuplare, -7 caja de laminare si sunt prezentate schematic in figura 4.15.

Fig.4.15 Componentele de baza ale unui laminor.

1. Motorul electric de curent alternativ de putere mare si turatie mica 750-1500 rot/min asigura antrenarea in miscare de rotatie a utilajului.

2. Cuplajele elastice au rolul de a impiedica transmiterea vibratiilor socurilor de la caja la motor si asigurarea fiabilitatii acestuia.

3. Volantii se monteaza pe arborele de intrare in reductor si asigura uniformizarea momentului rezistent si a puterii absorbite de la retea in special in momentul intrarii semifabricatului in laminare.

4. Reductorul de turatie asigura reducerea turatiei de la turatia motorului de regula mare la turatia de lucru a cajei. Reductoarele sunt cu roti dintate cilindrice cu dinti inclinati care asigura transmiterea de puteri mari in mod silentios.

5. Caja de angrenare are rolul de a desface miscarea de rotatie dupa doua directii in vederea antrenarii simultane a celor doi cilindri. Structura cajei de angrenare est in concordanta cu structura cajei de laminare fiind compusa din cilindri danturati cu dantura dublu inclinata in V pentru transmiterea de sarcini mari.

6. Barele de cuplare au rolul de a asigura transmiterea miscarii de rotatie intre puncte fixe, capetele cilindrilor din caja de angrenare si doua puncte mobile, capetele cilindrilor din caja de laminare. In functie de unghiul de inclinare al barelor in raport cu axa cilindrilor barele pot fi: rigide cu mufa si cu pana transversala pentru unghiuri mici 3-7^o, de tip cardanic pentru unghiuri mari de peste 7^o.

7.Caja de laminare este componenta principala a laminorului si ea este formata din urmatoarele parti, figura 4.16 : doua cadre 8 in a caror deschi-

Fig. 4.16. Elementele cajei de laminare.

dere sunt montate portlagarele 5, blocuri mari de otel care sustin lagarele 6 in care se sprijina si se rotesc cilindrii de laminare 7. Lagarele pot fi de rostogolire adica rulmenti cu capacitate portanta mare, de alunecare adica bucse din materiale de antifrictiune: bronzuri, fonta, lemn stratificat, textolit etc. Cilindrii se sprijina in lagare prin intermediul fusurilor de sprijin. Pentru reglarea reducerii Dh cilindrul superior trebuie ridicat sau coborat. Acest lucru se realizeaza cu ajutorul suruburilor de presiune 2 cuplate cu portlagarele cilindrului superior prin capsele de siguranta 4. Suruburile sunt antrenate in miscare de rotatie in piulitele 2 incastrate in cadrele cajei prin intermediul reductoarelor 1. Antrenarea trebuie facuta simultan pentru a se asigura paralelismul axelor cilindrilor.

Cilindrii de laminor figura 4.17 sunt elementele principale ale cajei, sculele de deformare. Acestia sunt alcatuiti din trei zone: 1-tablia cilindrului, partea activa, 2-fusurile de sprijin in lagare, 3-capetele de cuplare si antrenare.

Fig. 4.17 Zonele cilindrului de laminare.

Tablia cilindrilor poate fi neteda pentru laminarea produselor plate sau cu calibratii pentru laminarea profilelor. O caracteristica a cilindrilor este duritatea tabliei. Din acest punct de vedere deosebim: cilindri moi 150-250HB, cilindri semiduri 250-400HB, cilindri duri 400-600HB, cilindri extraduri peste 600HB. Cilindri se pot executa din otel si se trateaza superficial pentru obtinerea duritatii dorite pe tablie sau din fonta in care caz au o structura speciala la exterior o crusta dura din fonta alba iar in miez fonta cenusie cu plasticitate si tenacitate acceptabile.

Clasificarea laminoarelor. Criterii de clasificare:

1.     Functie de temperatura de laminare: la cald si la rece,

2.     Dupa sensul de rotatie al cilindrilor: ireversibili si reversibili,

3.     Dupa pozitia axei cilindrilor: orizontala, verticala, inclinata,

4.     Dupa numarul de caje: cu o caja si cu mai multe caje,

5.     Dupa gradul de finisare: de degrosare, de pregatire, de finisare,

6.     Dupa destinatie: lamnoare grele bluming si slebing, laminoare tabla groasa, laminoare benzi la cald, laminoare pentru profile, laminoare pentru tevi, laminoare benzi la rece, laminoare produse speciale etc.

7.     Dupa numarul de cilindri: a) duo cu doi cilindri, b) trio cu trei cilindri, c) cuarto cu patru cilindri, d) sexto cu sase cilindri, e) caja policilindrica planetara, f) caja universala figura 4.18.

Fig.4.18 Clasificarea laminoarelor dupa numarul de cilindri.

Laminarea tevilor.

Tevile se pot realiza atat prin turnare in cazul materialelor greu deformabile sau care nu se pot prelucra prin deformare plastica si prin deformare plastica prin: laminare, extruziune, fasonare la rece din banda subtire cu sudura pe generatoare dreapta sau elicoidala.

Laminarea tevilor se realizeaza in doua etape: laminarea ebosei o teava cu pereti grosi neuniformi pe laminoare perforatoare si laminarea tevilor cu pereti subtiri.

Laminarea ebosei se realizeaza pe laminoare perforatoare cu doi cilindri bitronconici ale caror axe formeaza in spatiu un anumit unghi si care se rotesc in acelasi sens figura 4.19.

Fig.4.19 Laminarea ebosei.

Semifabricatul se introduce intre cilindri in sensul deschiderii axiale ale acestora imprimandu-i-se o miscare elicoidala. In zona A de deformare gradul de deformare creste progresiv. Ca urmare a gradului de deformare mare in zona centrala se dezvolta tensiuni de intindere care produc fisurarea axiala a semifabricatului. Forma tronconica a cilindrilor determina viteze diferite de deformare si deci de deplasare a unor puncte materiale ale semifabricatului. Viteza de deplasare este minima la interior, chiar zero pe axa semifabricatului si maxima la exterior. Aceasta determina formarea unei cavitati care se propaga axial. In zona B de deformare, in cavitatea formata se introduce un dorn. Materialul este presat de a doua zona tronconica a cilindrilor pe suprafata dornului care delimiteaza la interior materialul si determina formarea unui orificiu de diametru prestabilit. Ca urmare a formei bitronconice a cilindrilor suprafata exterioara a ebosei, teava cu pereti grosi ebtinuta pe acest laminor, este neuniforma brazdata se doua santuri elicoidale.

Laminarea tevilor cu pereti subtiri se poate realiza in doua variante: pe laminoare cilindri cu calibre cu sectiune variabila si pe laminoare cu cilindri cu calibre cu sectiune constanta.

Laminoarele cu cilindri cu calibre cu sectiune variabila, laminoarele Pilgher figura 4.20 realizeaza deformarea pe bara a semifabricatului. Bara are diametrul mai mic decat diametrul interior al ebosei dar in concordanta cu diametrul interior al tevii cu pereti subtiri. Laminarea pe aceste laminoare este discontinua sau in pas de pelerin, semifabricatul se introduce intre cilindri in sensul direct cu doi pasi iar deformarea se face prin prinderea intre cilindri si deplasarea in sens invers a semifabricatului cu un pas. Cilindrii de laminare prezinta calibre cu trei zone distincte: zona de introducere a semifabricatului α de sectiune mare, zona de deformare β de sectiune variabila de la un diametru maxim la un diametru minim corespunzator diametrului exterior al tevii, zona de calibrare γ de sectiune constanta cu diametru corespunzator diametrului tevii laminate. Cilindrii se rotesc in sens invers sensului de alimentare. Prin deplasarea cu doi pasi inainte si un pas inapoi se asigura trecerea progresiva a semifabricatului printre cei doi cilindri.

Fig.4.20 Laminarea cu cilindri cu calibre cu sectiune variabila

Laminoarele cu cilindri cu calibre cu sectiune constanta, laminoarele Stiefel, figura 4.21 realizeaza laminarea pe dorn a semifabricatului. Dornul are diametrul mai mic decat diametrul interior al ebosei, in concordanta cu diametrul interior al tevii. Laminarea pa aceste laminoare este continua introducerea semifabricatului si deformarea realizandu-se in acelasi sens. Cilindrii prezinta calibre cu sectiune constanta cu diametrul corespunzator diametrului exterior al tevii si se rotesc in sensul direct de laminare a semifabricatului. In cazul in care gradul de deformare este mare laminarea se va realiza in mai multe calibre succesive cu diametre descrescatoare, utilizandu-se de asemenea si dornuri cu diametre descrescatoare.

Fig.4.21 Laminarea cu cilindri cu calibre cu sectiune constanta.