mini|Esquema del proceso de laminación miniatura|Animación del proceso de laminado
Se conoce como laminación o laminado (a veces también se denomina rolado) al proceso industrial por medio del cual se disminuye 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 o tren de laminado...
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 del metal. 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.
La invención del laminador en Europa puede atribuirse a Leonardo da Vinci en sus dibujos. Los primeros trenes de laminación, todavía rudimentarios pero basados en los mismos principios, se encontraron en Oriente Medio y en el sur de Asia, y datan del año Los primeros trenes de laminación fueron los de corte, que se introdujeron desde lo que hoy es Bélgica a Inglaterra en 1590. Estas máquinas hacían pasar lingotes entre rodillos para formar una placa de hierro, que luego se pasaba entre rodillos ranurados (cortadores) para producir barras de hierro de la misma sección. Los primeros experimentos de laminación de hierro para fabricar hojalata tuvieron lugar alrededor de 1670. En 1697, el mayor John Hanbury erigió un taller en Pontypool que contaba con una máquina diseñada para enrollar 'placas Pontypool', un tipo de chapa negra. Posteriormente, se empezaron a revestir y enrollar láminas delgadas de hierro para fabricar hojalata. La producción anterior de chapa de hierro en Europa se había realizado en forjas, no con laminadoras.
La laminadora de corte se adaptó para producir aros (para barriles) y hierros con forma semicircular u otras secciones mediante procedimientos 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 mencionaba los laminadores para chapas y barras de hierro.Swank, James M.,History of the Manufacturers of Iron in All Ages, Published by Burt Franklin 1892, p.91 También explicaba cómo las máquinas de laminación podían ahorrar tiempo y mano de obra porque podían 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 laminador en tándem,. que se caracterizaba porque el metal se laminaba en etapas sucesivas contiguas situadas en el mismo bastidor. El laminador en tándem de Ford estaba destinado a laminar alambre en caliente.
Laminadoras modernas Hasta bien entrado el , los trenes de laminación eran accionados por ruedas hidráulicas. El primer uso registrado de una máquina de vapor accionando directamente una laminadora se atribuye a la fábrica en Bradley de John Wilkinson en 1786, donde se acopló un motor Boulton and Watt a una máquina cortadora y laminadora de piezas de hierro. El uso de máquinas de vapor mejoró considerablemente la capacidad de producción de los talleres, hasta que fueron desplazadas por los motores eléctricos poco después de 1900.
miniatura|Tren de laminado Properzi. Museo Nacional de la Ciencia y la Tecnología Leonardo da Vinci, Milán
La práctica moderna de la laminación se puede atribuir a los esfuerzos pioneros de Henry Cort de Funtley Iron Mills, cerca de Fareham en Hampshire, Inglaterra. En 1783, se otorgó una patente a Henry Cort por su uso de rodillos ranurados para laminar barras de hierro.R. A. Mott (ed. P. Singer), Henry Cort: the great finer (Metals Society, London 1983), 31-36; English patents, nos. 1351 and 1420. Con este nuevo diseño, los talleres podían producir 15 veces más por día que martilleando las piezas de hierro salidas de los hornos.. Aunque Cort no fue el primero en usar rodillos ranurados, fue el primero en combinar el uso de muchas de las mejores características de varios procesos de fabricación y moldeado del hierro conocidos en ese momento. Así, los escritores modernos lo han llamado "padre del laminado moderno".
La primera máquina capaz de laminar rieles del ferrocarril fue fundada en 1820 por John Birkenshaw en los Bedlington Ironworks de Northumberland, Inglaterra, donde produjo rieles de hierro forjado con forma de vientre de pez en longitudes de . Con el avance de la tecnología de los laminadores, su tamaño creció rápidamente, al mismo ritmo que el tamaño de los productos que se laminaban. Un ejemplo significativo de esta evolución se pudo ver en la Gran Exposición de Londres de 1851, donde la Consett Iron Company exhibió una plancha laminada de y de grosor, que pesaba . Un avance sustancial se produjo con la introducción de los laminadores de tres alturas en 1853, utilizados para dar forma a perfiles pesados.
Laminado en caliente y en frío Laminado en caliente miniatura|Una bobina de acero laminado en caliente
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 continua en funcionamiento, el material suele 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 las 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 (entre 50 y 100 °C por encima). Si la temperatura cae por debajo de este valor, el material debe recalentarse antes de proceder a un laminado en caliente adicional..
miniatura|Pozos de remojo utilizados para calentar lingotes de acero antes de laminarlos
Los metales laminados en caliente generalmente tienen poca direccionalidad en sus propiedades mecánicas, y carecen de 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. El enfriamiento no uniforme inducirá una gran cantidad de tensiones residuales, lo que ocurre generalmente en formas que tienen una sección transversal no uniforme, tal como las 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, que revela la superficie lisa. Las tolerancias dimensionales suelen ser del 2 al 5 % de las medidas de diseño correspondientes..
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.
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 son:
Bastidores de camiones Placas de embrague, ruedas y llantas de automoción Tuberías y tubos Calentadores de agua Equipamiento agrícola Correas Chapas estampadas Carcasas de compresores Edificios de metal Vagones tolva de ferrocarril y componentes de vagones de ferrocarril Puertas y estanterías Discos de freno Barandillas para calles y carreteras
Laminación y conformado Los trenes de laminación a menudo se dividen en secciones 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 usado diferentes enfoques para optimizar el proceso, incluido el conocimiento empírico, el empleo de modelos numéricos y técnicas de inteligencia artificial. Lambiase y sus colaboradores validaron un modelo de elementos finitos (FE) para predecir la forma final de una barra laminada al pasar de una sección redonda a una plana.
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. Otra solución para reducir el número de pasadas en laminadores es el empleo de sistemas automatizados como el propuesto por Lambiase y Langella. Posteriormente, Lambiase desarrolló aún más un sistema automatizado basado en inteligencia artificial y 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 para optimizar y diseñar automáticamente trenes de laminación.
Laminado en frío
El laminado en frío se realiza con el metal por debajo de su temperatura de recristalización (generalmente, a temperatura ambiente), lo que aumenta su resistencia a través del endurecimiento por deformación hasta en un 20 %. También mejora el acabado superficial y mantiene más ajustadas las tolerancias. Los productos comúnmente laminados en frío incluyen planchas, tiras, barras y varillas; productos que suelen ser más pequeños que los mismos productos laminados en caliente. Debido al tamaño más pequeño de las piezas de trabajo y a su mayor resistencia en comparación con el material laminado en caliente, se utilizan máquinas de laminado de fases sucesivas o de cuatro alturas. El laminado en frío no puede reducir el espesor de una pieza de trabajo tanto como el laminado en caliente en una sola pasada.