5_M2_2020-2_LAMINACIÓN - Axel

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Nuevos materiales:
una odisea de 35.000 años
del homo habilis al homo sapiens
Manufactura II
Conformado mecánico de los metales
Laminación
Extrusión
Semestre 2020-2
• Laminación.
• El laminado es un proceso de deformación en el cual el metal se 
deforma al pasar entre dos rodillos que giran en sentido contrario y 
cuya separación es menor que el espesor inicial del material. Por el tipo 
de producto que se genera se clasifica en laminación de planos (rodillos 
lisos) y laminación de perfiles (rodillos acanalados o ranurados). 
• Se orientan a grandes volúmenes de producción e involucran una gran 
inversión de capital. 
Manufactura II
Conformado mecánico de los metales
Laminación
Semestre 2020-2
Productos del Proceso de Laminación
Manufactura II
Conformado mecánico de los metales
Laminación
Semestre 2020-2
Laminación
Descripción esquemática del laminado en frío
No hay recristalización el grano se deforma, reduce su sección 
transversal a la vez de alargarse; se orienta para facilitar su 
deformación. A dicha orientación preferencial se le denomina 
textura. 
a. Dúo, b. Trío, c. Cuarto, d. Racimo, e. Tren con cajas dúo
En la laminación el elemento básico para realizar el proceso es la caja o castillo, la 
cual se clasifica según el número y disposición de los rodillos
Caja Universal Laminador (caja) Cuarto 
Rodillo de Laminación
La caja de laminación, con su caja de piñones, reductor de velocidad (en su caso),
motor de accionamiento y sus elementos auxiliares; dan lugar a lo que se denomina
como molino, y si éstas trabajan de manera secuencial se habla de un Tren de
Laminación
Componentes de una
caja de 4 rodillos (four
high)
Descripción esquemática de un laminador en
racimo (Sendzimir). Este se aplica para hojas
muy anchas de metales tenaces en espesores
menores a 3 mm.
Componentes de la caja de laminación
Caja dúo para 
perfiles
Rodillos ranurados, el material, 
de acuerdo con el diseño del 
tren de laminación, podrá pasar 
por una o más ranuras a la vez
(número de lineas de 
laminación).
Caja Trío para 
perfiles
En este caso solo dos de los 
tres rodillos; Superior y medio 
ó medio e inferior.
Tren de Laminación, ya en operación
Laminador dúo de grandes dimensiones con ajuste hidráulico (Cauffiel Technologies).
Laminación
Imágenes propiedad de
EWS .
Rodillos durante su fabricación mediante 
forja
Rodillos ya listos para ser instalados
Manufactura II
Conformado mecánico de los metales
Laminación
Semestre 2020-2
Tren de laminación en 
caliente. 
Laminador cuarto para 
operaciones de calibrado de 
espesor. 
Manufactura II
Conformado mecánico de los metales
Laminación
Semestre 2020-2
Laminado en caliente de palanquilla (caja 
dúo)
Manufactura II
Conformado mecánico de los metales
Laminación
Semestre 2020-2
Caja dúo con ajuste hidráulico 
de separación de rodillos
(a) Laminador trío (b) Laminador cuarto.
(a) (b)
Laminador en racimo. Izquierda: desmontaje de los rodillos de apoyo.
Manufactura II
Conformado mecánico de los metales
Laminación
Semestre 2020-2
Descripción esquemática de un laminador cuarto
Vista de costado Vista Frontal
Descripción esquemática de una caja de laminación 
duo con su correspondiente caja de piñones
Caja de laminación en racimo con su caja de piñones y 
reductor de velocidad
Elementos del 
molino
Caja de piñones de un laminador trío
Eje de entrada 
(1)
Ejes de 
Salida (3)
Motor típico de accionamiento del 
molino, baja velocidad elevado 
número de pares de polos, rotor 
de gran masa
Control de un moderno laminador
Manufactura II
Conformado mecánico de los metales
Laminación
Semestre 2020-2
Tren de Laminación
Continuo
Tren de laminación continuo (7 cajas).
Manufactura II
Conformado mecánico de los metales
Laminación
Semestre 2020-2
Tren de laminación continuo 
Tren alineado o desplegado
Tren de laminación alineado o
desplegado con caja de piñones,
reductor de velocidad y motor y
volante de inercia
Diseño empleado para
producciones medianas y
pequeñas de perfiles, representan
un ahorro en el número de motores
Tren para perfiles (vigas). Se trata de cajas 
universales
Laminador Dúo con caja de 
piñones, reductor de velocidad 
y motor
Manufactura II
Semestre 2020-2
Laminación
Aspecto de Tren 
combinado (parte en línea 
y parte desplegado)
Tren Continuo
Tren en zig-zag
Tren alineado o desplegado
Laminador planetario. Combina forja y laminación
Secuencia de pasos 
para la producción de 
perfiles
Imagen tomada de Wikipedia
Secuencia parcial de pasos para la producción de una viga tipo “I”
Avance de derecha a izquierda
Secuencia de pasos 
Geometría de los rodillos
Tomado de: 
http://www.engineeringenotes.com/meta
llurgy/metal-rolling/type-of-longitudinal-
rolling-mills-metals-metallurgy
Tomado de: http://www.engineeringenotes.com/metallurgy/metal-
rolling/type-of-longitudinal-rolling-mills-metals-metallurgy
Secuencia de pasos
para la producción de
un riel
Tomado de: 
http://www.engineeringenotes.com/metallurgy/
metal-rolling/type-of-longitudinal-rolling-mills-
metals-metallurgy
Secuencia de pasos
para la producción de
una barra de sección
circular de 12.5 mm de
diámetro a partir de un
lingote (palanquilla o
bilet) de 100x100 mm
Tomado de: 
http://www.yourarticlelibrary.com/metallurgy/rolli
ng-of-metals-process-and-principles-with-
diagram
Análisis de la carga de laminación
Donde:
α - ángulo de contacto
θ -ángulo de mordedura
0
0 0
fh h h
r
h h
− 
= =
0 0 0 f f fh l w h l w=
0
0 0 0
f
f f f
V V
h w v h w v
=
=
0
0 0 0
0
0
f f f f f
f f
A v b h v
v
A h b
h v
v
h
= =
=
Lp-Longitud proyectada del arco de contacto
Concepto de reducción “r”, relación de velocidades y longitud proyectada del 
arco de contacto “Lp”
Distribución de la carga sobre el arco 
de contacto
La presión de laminación varia punto a punto entre el plano de entrada (mínima) 
y el de salida (intermedia), alcanza su máximo en el neutro
2
p
R
L
T = P
Por lo que el par de laminación 
efectivo es igual a:
p= PL
W T=
La potencia de laminación:
Manufactura II
Conformado mecánico de los metales
Laminación
f r
r
v v
s
v
−
=Avance
0ln
f
h
h
 =Deformación
0
1 f nk d


  

=
 
Esfuerzo promedio durante el 
proceso
Relación de la velocidad de salida 
con relación a la de los rodillos.
Se define también como 
deslizamiento
2
maxh R =
La máxima reducción está muy influida por el coeficiente de fricción, pero 
habrá que considerar que la carga y por consecuencia la energía y la potencia 
también se incrementa con éste. 
Determinación de la máxima reducción teórica posible
Carga de laminación
Carga aproximada
Longitud proyectada
del arco de contacto:
Par aplicado al 
rodillo
Par de laminación
Potencia de laminación
0
pL
P pwdx= 
01.2 pP wL=
pL R h= 
2
p
R
PL
T =
l pT PL=
LW T =
Manufactura II
Conformado mecánico de los metales
Laminación
Semestre 2020-2
Defectos de laminación
Flexión en los rodillos
Deformación en lo rodillos y conveniencia de 
coronarlos para compensar esta
Imagen tomada 
de Wikipedia
Defectos de laminación
Manufactura II
Conformado mecánico de los metales
Laminación
Semestre 2020-2
Manufactura II
Conformado mecánico de los metales
Laminación
Semestre 2019-2
Defectos en productos laminados
Defectos de laminación
Defectos de laminación
Manufactura II
Conformado mecánico de los metales
Laminación
Para el diseño de los pasos de laminación,
sobretodo en el caso de la producción de
perfiles (productos largos) es necesario:
Definir secuencia de pasos
Reducción por paso
Cálculo del ensanchamiento
VAMOS AHORA A ESTUDIAR LO REFERENTE AL 
PROCESO DE EXTRUSIÓN
Con el análisis del ensanchamiento damos por 
concluido lo referente al estudio del proceso de 
laminación
Extrusión
Manufactura II
Extrusión
Extrusión directa
ManufacturaII
Extrusión
Prensas de Extrusión. 
• Generalmente de accionamiento hidráulico
• Verticales y horizontales
• Las horizontales son las más usadas en la producción comercial de perfiles y barras
• Se construyen regularmente con capacidades que van de 1500 a 5000 toneladas, 
aunque existen en operación hasta de 14000 toneladas.
• El diámetro del lingote está relacionado con la capacidad del equipo
• Por ejemplo para extruir un lingote de cobre de unos 25 cm de diámetro se requiere 
una prensa de 1000 a 1500 toneladas
• Para uno de 58 cm de diámetro por 1 m de longitud será necesaria una de 5000 
toneladas.
Manufactura II
Semestre 2020-2
Dados típicos de extrusión.
Manufactura II
Extrusión
Dados para la producción de perfiles huecos
Manufactura II
Extrusión
Pistón con ariete. 
Es el encargado de transmitir la carga necesaria para hacer fluir el lingote a través del
dado, su diámetro debe ser menor que el del contenedor con el fin de que no exista
fricción entre éstos.
Para evitar notorias pérdidas de presión al deformar el lingote sobre el propio ariete, la
carga se transmite mediante un disco o cojín denominado falso lingote, cuyo diámetro es
de unos milímetros menor que el contenedor.
Dado que, en la extrusión, el flujo del material a través de la boquilla no es homogéneo,
los defectos se concentran al final del ciclo, por lo que es práctica común extruir el
lingote hasta un máximo de 85 a 95 % de su longitud original.
Manufactura II
Extrusión
Formación de una “Calavera” (S) Durante la Extrusión.
Manufactura II
Extrusión
Metales y aleaciones 
comúnmente extruídos. 
• Aun cuando el proceso se desarrolló inicialmente para metales “blandos”, a la fecha se
producen perfiles extruidos de plomo, estaño y aleaciones, magnesio, algunos tipos de
bronce, latones y aleaciones de zinc y níquel, así como de aluminio, que son las más
comunes.
• Por otra parte también se extruyen con alguna frecuencia aceros al carbono e
inoxidables y, en mucha menor proporción metales como zirconio, titanio, molibdeno y
talio.
Manufactura II
Extrusión
Perfiles extruidos de aluminio.
Manufactura II
Extrusión
Temperatura de extrusión. 
• El proceso de extrusión se efectúa normalmente en caliente. La
temperatura a la que se calienta el lingote antes de ser colocado en
la cámara dependerá del material a procesar, aun cuando se puede
considerar que ésta es del orden de 2/3 de la temperatura de fusión
en Kelvin.
Manufactura II
Extrusión
Velocidades de extrusión. 
• No existe un método teórico mediante el cual se puede determinar, de
manera cuando menos aproximada, la velocidad de extrusión, razón
por la que ésta se definirá por prueba y error para cada aleación.
• Su límite inferior está determinado por el enfriamiento que sufre el
lingote, ya que a velocidades muy reducidas se tiene como resultado
la imposibilidad de continuar el proceso después de cierto tiempo
• Por otra parte, la velocidad no puede ser incrementada
indiscriminadamente, ya que el material tiende a presentar ralladuras,
provocando entonces su rechazo.
Manufactura II
Extrusión
• En general, mayores velocidades de extrusión dan lugar a incrementos en la presión
requerida y, por lo tanto, en la carga y potencia desarrollada por el equipo.
• Un aumento del orden del 1000% provocará un incremento en la presión de
aproximadamente un 50%.
• En caso de extruir materiales de alto punto de fusión, como los aceros y aleaciones
de níquel, son necesarias velocidades de extrusión aún superiores a los 30 m/min, así
se evitan daños en el herramental y equipo por las altas temperaturas involucradas.
• La velocidad de extrusión está determinada por el material que se va a procesar y por
las características del equipo empleado.
Velocidades de extrusión. 
Manufactura II
Extrusión
Fricción y lubricación. 
• La carga requerida para procesar mediante extrusión un producto dado está
determinada por la fricción
En extrusión directa se presenta entre el contenedor y el lingote, al fluir el material a
través del dado
En extrusión inversa se da solamente en el dado.
• Aun cuando el empleo de lubricantes redunda en una disminución de la carga, éstos
en general no son utilizados, debido a las dificultades para dosificarlos
adecuadamente.
• Las aleaciones de aluminio y los metales suaves ejemplifican el caso en el que no se
requiere lubricación.
Manufactura II
Extrusión
Defectos en productos extruidos. 
• Existe una gran diversidad de imperfecciones que pueden presentar
los perfiles extruidos. A la más conocida se le denomina “defecto de
extrusión”. Existen también problemas por la heterogeneidad del
producto, agrietamiento, ampollas y rayas. Estos defectos pueden
tener su origen en el lingote, en imperfecciones del herramental o en
las condiciones del proceso.
Manufactura II
Extrusión
Formación del defecto de extrusión.
Manufactura II
Extrusión
Defecto de extrusión en una barra hexagonal. Resulta evidente la presencia de una
discontinuidad en el centro de la barra .
Manufactura II
Extrusión
Heterogeneidades. 
Se debe a las diversas condiciones que presenta el lingote
durante el proceso.
Lo anterior se refleja en variación del tamaño de grano a lo
largo del eje de la barra.
Dicha problemática presenta diversos orígenes, entre los que
se pueden mencionar al diseño del dado y la velocidad de
extrusión.
Manufactura II
Extrusión
Heterogeneidades. 
Defecto producto de un flujo no homogéneo a través del dado
Manufactura II
Extrusión
Prof.Dr. Armando Ortiz Prado
Procedamos ahora al análisis 
(muy simplificado del proceso), 
para determinar; carga, energía 
y potencia.
Manufactura II
Extrusión