ES2324902T3 - Dispositivo para procesar una chapa, placa o tira metalica. - Google Patents
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Abstract
Un dispositivo (1) para procesar una chapa, placa o tira metálica, que comprende una caja (11) del tren de laminación con un paso de rodillos entre dos rodillos (11a,b) accionables, estando diseñada la caja (11) del tren de laminación para laminar una chapa, placa o tira metálica entre los rodillos (11a,b), caracterizado porque el dispositivo (1) está provisto de medios (10) de alimentación que están diseñados para guiar la chapa, placa o tira entre los rodillos (11a,b) con un ángulo de entre 5º y 45º con respecto a la perpendicular con el plano (Q) a través de los ejes centrales de los rodillos (11a,b).
Description
Dispositivo para procesar una chapa, placa o
tira metálica.
La invención se refiere a un dispositivo para
procesar una chapa, placa o tira metálica, que comprende una caja
del tren de laminación con un paso de rodillos entre dos rodillos
accionables, estando diseñada la caja del tren de laminación para
laminar una chapa, placa o tira metálica entre los rodillos.
Un dispositivo de este tipo se conoce y se usa
de forma muy extendida en la industria metalúrgica para reducir el
grosor de una chapa, placa o tira colada y para mejorar las
propiedades mecánicas de una chapa, placa o tira. La laminación que
se lleva a cabo usando el dispositivo tiene lugar durante el
procesamiento de chapas y placas gruesas, habitualmente a
temperatura elevada. Durante la laminación de placas y tiras
delgadas, la placa o tira no se aumenta hasta una temperatura
elevada antes de la laminación.
Trabajar con el dispositivo conocido tiene la
desventaja de que las mejoras en las propiedades mecánicas se
producen principalmente en las capas externas del producto laminado
y solo en una extensión menor o en absoluto en el interior del
producto. Esto es cierto en particular para chapas gruesas.
Un objetivo de la invención es proporcionar un
dispositivo para procesar una chapa, placa o tira metálica con el
que puedan mejorarse las propiedades mecánicas del producto
procesado.
Otro objetivo de la invención es proporcionar un
dispositivo de este tipo que permita que se mejoren las propiedades
mecánicas del interior de una chapa, placa o tira.
Otro objetivo más de la invención es
proporcionar un dispositivo de este tipo que sea capaz de mejorar
las propiedades mecánicas de un modo simple.
También es un objetivo de la invención usar el
dispositivo de acuerdo con la invención para proporcionar chapas,
placas y tiras metálicas mejoradas.
De acuerdo con un primer aspecto de la
invención, uno o más de estos objetivos se alcanzan mediante un
dispositivo para procesar una chapa, placa o tira metálica, que
comprende una caja del tren de laminación con un paso de rodillos
entre dos rodillos accionables, estando diseñada la caja del tren de
laminación para laminar una chapa, placa o tira metálica entre los
rodillos, dispositivo que está provisto de medios de alimentación
que están diseñados para guiar la chapa, placa o tira entre los
rodillos con un ángulo de entre 5º y 45º con respecto a la
perpendicular con el plano a través del eje central de los
rodillos.
Sorprendentemente, se ha encontrado que al
alimentar una chapa, placa o tira metálica con un ángulo entre los
rodillos de una caja del tren de laminación se produce cizallamiento
en todo el grosor de la chapa, placa o tira. Además, este
cizallamiento es más o menos constante en todo el grosor. En primer
lugar, esto permite que se produzca un afino del grano en todo el
grosor. Durante la laminación estándar, el cizallamiento y por lo
tanto el afino del grano solamente se producirán en las superficies.
En segundo lugar, el cizallamiento cierra los poros del metal que
habitualmente se forman durante la colada del aluminio, por ejemplo.
Por lo tanto, usar el dispositivo de acuerdo con la invención cierra
los poros en todo el grosor del material. Ambos efectos son
importantes, principalmente para material relativamente grueso. El
cizallamiento también hace que las partículas eutécticas que puedan
estar presentes en el material se rompan, lo que da como resultado
una rigidez mejorada. Por lo tanto, los medios de alimentación que
se añaden al dispositivo de acuerdo con la invención dan como
resultado, de un modo simple, una mejora en el material que se
produce. Alimentar una chapa, placa o tira con un ángulo también
conduce a que los rodillos tengan un agarre mejorado sobre el frente
del material que se introduce, con el resultado de que la reducción
en el grosor del material no tiene que ser tan grande como en la
laminación estándar, en la que el material se introduce entre los
rodillos con un ángulo de 0º. La alimentación con un ángulo también
evita o reduce el "rechazo" de una chapa, cuando la caja del
tren de laminación no sostiene la chapa debido a que la reducción es
demasiado alta.
En JP-A-57
175005 se describe la inclinación de la dirección entre los centros
de los rodillos superior e inferior de una caja del tren de
laminación en la dirección de avance para hacer posible una
laminación estable con rodillos de pequeño diámetro.
Además de laminar una chapa, placa o tira hecha
de un solo metal o una aleación de un solo metal, el dispositivo de
acuerdo con la invención también puede usarse para laminar una
chapa, tira o placa que comprende dos o más capas de metal, en cuyo
caso las capas metálicas pueden consistir en la misma aleación
metálica, en diferentes aleaciones metálicas o en diferentes metales
o aleaciones metálicas.
Preferiblemente, los medios de alimentación se
diseñan para introducir la chapa, placa o tira entre los rodillos
con un ángulo de entre 10º y 25º con respecto a la perpendicular con
el plano a través del eje central de los rodillos, más
preferiblemente con un ángulo de entre 15º y 25º, y aún más
preferiblemente con un ángulo de sustancialmente 20º. En el caso de
alimentar con entre 10º y 25º y preferiblemente entre 15º y 25º, el
cizallamiento es relativamente grande aunque el ángulo no sea tan
grande como para impedir la alimentación al paso de los rodillos. En
muchos casos, se ha encontrado que la alimentación puede llevarse a
cabo óptimamente con un ángulo de sustancialmente 20º.
De acuerdo con una realización ventajosa del
dispositivo, los medios de alimentación comprenden una superficie de
alimentación o una mesa de rodillos. Esto permite que el material se
alimente fácilmente con un ángulo entre los rodillos. También son
posibles otros diseños de los medios de alimentación.
Preferiblemente, el ángulo entre los medios de
alimentación y la caja del tren de laminación es ajustable. Esto
permite que el ángulo se adapte al grosor de la chapa, placa o tira
según se desee, por el ejemplo si el grosor del material supone que
es deseable un ángulo de introducción específico. A continuación, si
se desea, la laminación adicional usando el dispositivo puede
continuarse con un ángulo diferente.
Para incrementar el grado de cizallamiento, la
caja del tren de laminación se diseña preferiblemente de tal modo
que, durante el uso, los rodillos tengan diferentes velocidades
periféricas, ascendiendo la diferencia en la velocidad periférica a
al menos 5% y como mucho 100%, y preferiblemente al menos 5% y como
mucho 50%, más preferiblemente al menos 5% y como mucho 20%. La
diferencia en la velocidad periférica está parcialmente determinada
por el grosor del material; además, el cizallamiento se incrementa a
medida que se hace mayor la diferencia en la velocidad periférica
entre los rodillos. Mayor cizallamiento es ventajoso ya que conduce
a un mayor afino del grano y un cierre mejorado de los poros. Por
otra parte, si hay una gran diferencia en la velocidad, hay un alto
riesgo de deslizamiento entre los rodillos y el material, lo que
daría como resultado un cizallamiento irregular.
De acuerdo con una realización ventajosa, los
rodillos tienen un diámetro diferente y/o pueden accionarse a
diferentes velocidades rotacionales. Esto hace posible obtener la
diferencia en la velocidad periférica.
Preferiblemente, el dispositivo está provisto de
una o más cajas del tren de laminación subsiguientes con rodillos
accionables que están situadas aguas abajo de la caja del tren de
laminación, según se observa en la dirección de laminación. Esto
permite que una chapa, placa o tira se someta a una operación de
laminación dos o más veces sin interrupción, de modo que pueda
alcanzarse un resultado deseado más rápidamente usando este
dispositivo. Obviamente, también es posible que el material se haga
pasar a través del mismo dispositivo dos veces, pero esto lleva más
tiempo, particularmente cuando se está laminando material en forma
de tira.
De acuerdo con una realización ventajosa, el
dispositivo está diseñado, durante el uso, para alimentar la chapa,
placa o tira metálica a al menos una de las una o más cajas del tren
de laminación subsiguientes con un ángulo de entre 5º y 45º,
preferiblemente con un ángulo de entre 10º y 25º y más
preferiblemente entre 15º y 25º, siendo el ángulo preferiblemente
ajustable. Como resultado, en estas cajas del tren de laminación el
material se hace pasar entre los rodillos con un ángulo, y por lo
tanto se somete a cizallamiento en todo el grosor en estas cajas del
tren de laminación. El resultado de esto es que el material sufre un
cizallamiento considerable en una pasada a través del dispositivo.
Las mismas ventajas se aplican con respecto a la caja del tren de
laminación a la que se alimenta el material en primer lugar.
Preferiblemente, también es cierto de las cajas
del tren de laminación subsiguientes que al menos una de las cajas
del tren de laminación subsiguientes esté diseñada de tal manera
que, durante el uso, los rodillos tengan una velocidad periférica
diferente, en cuyo caso los rodillos tienen preferiblemente un
diámetro diferente y/o pueden accionarse a velocidades rotacionales
diferentes. Al proveer además a los rodillos de las cajas del tren
de laminación subsiguientes de una velocidad periférica diferente,
el cizallamiento que se imparte al material a medida que pasa a
través del dispositivo se incrementa adicionalmente. Se aplican aquí
las mismas afirmaciones que las hechas en relación con la diferencia
de velocidad entre los rodillos de la primera caja del tren de
laminación a través de la que se hace pasar el material.
De acuerdo con una realización preferida, al
menos una de las una o más cajas del tren de laminación
subsiguientes tiene un paso de rodillos que está situado fuera del
plano de simetría del paso de rodillos de la caja del tren de
laminación. Como resultado, es fácil que el material se haga pasar
con un ángulo hacia dicha caja del tren de laminación.
Es preferible que los rodillos de soporte estén
dispuestos aguas arriba de la una o más cajas del tren de laminación
subsiguientes, según se observa en la dirección de laminación, para
soportar y/o guiar la chapa, placa o tira metálica. Estos rodillos
de soporte pueden alimentar el material a las cajas del tren de
laminación subsiguientes, por ejemplo, con el ángulo deseado.
De acuerdo con una realización preferida de un
dispositivo sin cajas del tren de laminación subsiguientes, el
dispositivo está provisto en ambas caras de medios de alimentación
que están diseñados para hacer pasar la chapa, placa o tira entre
los rodillos con un ángulo de entre 5º y 45º con respecto a la
perpendicular al plano a través de los ejes centrales de los
rodillos, preferiblemente con un ángulo de entre 10º y 25º, siendo
ajustable el ángulo entre los medios de alimentación entre 0 y 45º y
siendo posible que los rodillos se accionen en ambas direcciones de
rotación. Con la ayuda de este dispositivo, es posible que el
material se haga pasar con un movimiento de vaivén a través del
dispositivo, y cada vez el material puede suministrarse con un
ángulo de entre 5 y 45º y preferiblemente entre 10º y 25º y puede
guiarse fuera del dispositivo con un ángulo de 0º.
El metal es preferiblemente aluminio o acero o
acero inoxidable o cobre o magnesio o titanio o una de sus
aleaciones. Estos son metales que se usan industrialmente y es
deseable que tengan buenas propiedades mecánicas.
\newpage
La invención se explicará posteriormente
basándose en una realización ejemplar y con referencia al dibujo
adjunto, en el que:
La Figura 1 muestra una ilustración altamente
esquemática de una realización ejemplar de un dispositivo de acuerdo
con la invención.
La figura muestra una realización del
dispositivo 1 con una primera caja 11 del tren de laminación y dos
cajas 12, 13 del tren de laminación subsiguientes, indicadas
esquemáticamente mediante un rectángulo. Cada caja del tren de
laminación tiene rodillos 11a,b, 12a,b y 13a,b respectivos. Aguas
arriba de la primera caja 11 del tren de laminación hay una
superficie 10 de alimentación sobre la que puede suministrarse una
chapa de metal 2, por ejemplo de aluminio. Los medios para
suministrar la chapa 2 y los medios para accionar las cajas del tren
de laminación no se muestran; medios de este tipo son conocidos por
el experto en este campo.
En esta realización ejemplar, las cajas del tren
de laminación están dispuestas de tal modo que las las cajas 11 y 13
del tren de laminación tengan un plano de simetría P común que pasa
a través del centro de sus respectivos pasos de rodillos. El plano Q
a través de los ejes centrales de los rodillos 11a, 11b de la caja
11 del tren de laminación es perpendicular a la misma, como lo es el
plano T a través de los ejes centrales de los rodillos 13a, 13b de
la caja 13 del tren de laminación.
La caja 12 del tren de laminación tiene un plano
S que pasa a través de los ejes centrales de sus rodillos 12a, 12b,
que es asimismo perpendicular al plano P. El plano de simetría R a
través del centro del paso de rodillos de la caja 12 del tren de
laminación, sin embargo, está desviado hacia arriba con respecto al
plano P. Como resultado, la chapa 2 se hace pasar con un ángulo con
la caja 12 del tren de laminación y a continuación con un ángulo con
la caja 13 del tren de laminación.
La superficie 10 de alimentación tiene un ángulo
\alpha con respecto al plano P, siendo \alpha habitualmente
aproximadamente 20º. El ángulo \alpha es ajustable y puede
adaptarse al tipo y el grosor del material.
Rodillos 15a,b 16a,b, 17a,b y 18a,b de soporte y
guía están dispuestos entre las cajas 11, 12 y 13 del tren de
laminación para guiar la chapa 2 a las cajas 12 y 13 del tren de
laminación después de que se haya laminado en la caja 11 del tren de
laminación y para soportarla sobre esta trayectoria.
Los rodillos 11a y 11b tienen diferentes
diámetros, de modo que, dada una velocidad angular idéntica, tienen
diferentes velocidades periféricas. Los rodillos 12a, 12b también
tienen diferentes diámetros, pero en este caso la diferencia de
tamaño se invierte. Esta disposición significa que el cizallamiento
de la chapa 2 a medida que pasa a través de las cajas 11, 12 del
tren de laminación tendrá un perfil invertido. El material que se
desplaza durante la pasada a través de la caja 11 del tren de
laminación, según estaba, se desplaza hacia atrás durante la pasada
a través de la caja 12 del tren de laminación.
En esta realización ejemplar, la caja 13 del
tren de laminación tiene rodillos 13a, 13b con un diámetro idéntico.
Esta caja lamina la chapa 2 de la manera acostumbrada, pero es
posible que los rodillos 13a, 13b estén provistos de una velocidad
rotacional diferente y por lo tanto una velocidad periférica
diferente. Si se aplica la última situación, la caja 13 del tren de
laminación también contribuirá al cizallamiento en la chapa 2.
Estará claro que el dispositivo de acuerdo con
la invención puede usarse para laminar chapas, placas y tiras de
diferentes tipos de metal, tales como acero, aluminio, acero
inoxidable, cobre, magnesio o titanio, y también es posible laminar
dos o más chapas de metal que descansan una sobre otra. Las chapas
pueden consistir en diferentes metales o diferentes aleaciones de
unos con otros. Si es necesario, pueden hacerse en el dispositivo
ajustes que estén dentro del alcance del experto en la técnica.
El dispositivo que se ha descrito anteriormente
y se ilustra en la Figura 1 da como resultado una chapa, placa o
tira que es guiada a su través y laminada por el dispositivo en la
forma de una espiral. Estará claro que las cajas del tren de
laminación también pueden disponerse de otras maneras unas con
respecto a otras, que es posible usar más o menos cajas del tren de
laminación y que el dispositivo también puede usarse sólo con la
caja 11 del tren de laminación. Opcionalmente, los rodillos también
pueden tener diferentes diámetros y/o accionarse a diferentes
velo-
cidades angulares. El soporte y/o la guía de la chapa, placa o tira también pueden llevarse a cabo usando otros medios.
cidades angulares. El soporte y/o la guía de la chapa, placa o tira también pueden llevarse a cabo usando otros medios.
También es posible que la superficie 10 de
alimentación se reemplace por otros medios de alimentación, tales
como una mesa de rodillos, o un solo rodillo de alimentación para
material en forma de tira, rodillo de alimentación que tiene que
disponerse de tal modo que el material en forma de tira se haga
pasar al paso de rodillos de la caja 11 del tren de laminación 11
con un ángulo \alpha.
La invención se explicará con referencia a una
realización ejemplar.
Se llevaron a cabo experimentos usando chapas de
aluminio A7050 con un grosor de 32,5 mm. Estas chapas se laminaron
una vez en un dispositivo de laminación con dos rodillos, de los
cuales el rodillo superior tenía un diámetro de 165 mm y el rodillo
inferior tenía un diámetro de 135 mm. Después de la laminación, las
chapas tenían un grosor de 30,5 mm.
Las chapas se introdujeron con diferentes
ángulos que variaban entre 5º y 45º. La temperatura de las chapas
cuando se introducían en el dispositivo de laminación era
aproximadamente 450ºC. Los dos rodillos se accionaron a una
velocidad de 5 revoluciones por minuto.
Después de la laminación, las chapas tenían una
cierta curvatura, que dependía mucho del ángulo de introducción. La
rectitud de la chapa después de la laminación puede determinarse en
una gran extensión por el ángulo de introducción, en cuyo contexto
el ángulo de introducción óptimo dependerá del grado de reducción en
el tamaño de la chapa, del tipo de material y aleación y de la
temperatura. Para las chapas de aluminio que se han laminado en el
experimento descrito anteriormente, un ángulo de introducción óptimo
es aproximadamente 20º.
Un ángulo de cizallamiento de 20º se midió en la
chapas de aluminio que se laminaban de acuerdo con el experimento
descrito anteriormente. Usando esta medida y la reducción en el
tamaño de la chapa, es posible calcular una deformación equivalente
de acuerdo con la siguiente fórmula:
Esta fórmula se usa para hacer posible presentar
la deformación en una dimensión y se conoce del libro
"Fundamentals of metal forming" de R.H. Wagoner y J.L. Chenot,
John Wiley & Sons, 1997.
Por lo tanto, en las chapas que se han laminado
de acuerdo con el experimento, la deformación equivalente es
En el caso de la laminación con un rodillo
ordinario, no tiene lugar cizallamiento a través del grosor de la
placa y la deformación equivalente es por lo tanto solamente
(trabajando sobre la base de una
deformación uniforme en todo el grosor de la
placa).
Por lo tanto, la laminación usando el método de
acuerdo con la invención da como resultado una deformación
equivalente que es tres a cuatro veces superior que con una
laminación convencional sin ninguna diferencia en la velocidad
periférica. Una alta deformación equivalente significa menos
porosidad en la chapa, mayor recristalización y por lo tanto mayor
afino del grano, y una rotura más intensiva de las partículas de
segunda fase (partículas constituyentes) de la chapa. Estos efectos
son conocidos generalmente para el experto en este campo de la
ingeniería si la deformación equivalente se incrementa. Por lo
tanto, la laminación de acuerdo con la invención significa que las
propiedades resultantes del material se mejoran más como resultado
del uso del método de acuerdo con la invención.
Claims (12)
1. Un dispositivo (1) para procesar una chapa,
placa o tira metálica, que comprende una caja (11) del tren de
laminación con un paso de rodillos entre dos rodillos (11a,b)
accionables, estando diseñada la caja (11) del tren de laminación
para laminar una chapa, placa o tira metálica entre los rodillos
(11a,b), caracterizado porque el dispositivo (1) está
provisto de medios (10) de alimentación que están diseñados para
guiar la chapa, placa o tira entre los rodillos (11a,b) con un
ángulo de entre 5º y 45º con respecto a la perpendicular con el
plano (Q) a través de los ejes centrales de los rodillos
(11a,b).
2. El dispositivo (1) de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que los medios (10) de alimentación están
diseñados para guiar la chapa, placa o tira entre los rodillos
(11a,b) con un ángulo de entre 10º y 25º con respecto a la
perpendicular con el plano (Q) a través de los ejes centrales de los
rodillos (11a,b), preferiblemente con un ángulo de entre 15º y 25º,
y más preferiblemente con un ángulo de sustancialmente 20º.
3. El dispositivo (1) de acuerdo con la
reivindicación 1 ó 2, en el que los medios (10) de alimentación
comprenden una superficie de alimentación o una mesa de
rodillos.
4. El dispositivo (1) de acuerdo con una de las
reivindicaciones precedentes, en el que el ángulo entre los medios
(10) de alimentación y la caja (11) del tren de laminación es
ajustable.
5. El dispositivo (1) de acuerdo con una de las
reivindicaciones precedentes, en el que la caja (11) del tren de
laminación está diseñada de tal modo que, durante el uso, los
rodillos (11a,b) tengan diferentes velocidades periféricas,
ascendiendo la diferencia en la velocidad periférica hasta al menos
5% y como mucho 100%, y preferiblemente al menos 5% y como mucho
50%, y más preferiblemente al menos 5% y como mucho 20%.
6. El dispositivo (1) de acuerdo con la
reivindicación 5, en el que los rodillos (11a,b) tienen un diámetro
diferente y/o pueden accionarse a velocidades rotacionales
diferentes.
7. El dispositivo (1) de acuerdo con una de las
reivindicaciones precedentes, en donde el dispositivo (1) está
provisto de una o más cajas (12, 13) del tren de laminación
subsiguientes con rodillos (12a,b; 13a,b) accionables que están
situados aguas abajo de la caja (11) del tren de laminación, según
se observa en la dirección de laminación.
8. El dispositivo (1) de acuerdo con la
reivindicación 7, que está diseñado para alimentar la chapa, placa o
tira metálica, durante el uso, con un ángulo de entre 5º y 45º, a al
menos una de las una o más cajas (12, 13) del tren de laminación
subsiguientes, preferiblemente con un ángulo de entre 10º y 25º, y
más preferiblemente entre 15º y 25º, siendo el ángulo
preferiblemente ajustable.
9. El dispositivo (1) de acuerdo con la
reivindicación 7 u 8, en el que al menos una de las una o más cajas
(12, 13) del tren de laminación subsiguientes está diseñada de tal
modo que, durante el uso, los rodillos (12a,b; 13a,b) tengan
diferentes velocidades periféricas, teniendo preferiblemente los
rodillos (12a,b; 13a,b) un diámetro diferente y/o siendo posible que
los rodillos (12a,b; 13a,b) se accionen a velocidades rotacionales
diferentes.
10. El dispositivo (1) de acuerdo con la
reivindicación 7, 8 ó 9, en el que al menos una de las una o más
cajas (12, 13) del tren de laminación subsiguientes tiene un paso de
rodillos que está situado fuera del plano de simetría del paso de
rodillos de la caja (12, 13) del tren de laminación.
11. El dispositivo (1) de acuerdo con la
reivindicación 7, 8, 9 ó 10, en el que rodillos (15a,b; 17a,b) de
soporte están dispuestos aguas arriba de las una o más cajas (12,
13) del tren de laminación subsiguientes, según se observa en la
dirección de laminación, para soportar y/o guiar la chapa, placa o
tira metálica.
12. El dispositivo (1) de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1-6, que está provisto en ambas
caras de medios (10) de alimentación que están diseñados para hacer
pasar la chapa, placa o tira entre los rodillos (11a,b) con un
ángulo de entre 5º y 45º con respecto a la perpendicular con el
plano (Q) a través de los ejes centrales de los rodillos (11a,b),
preferiblemente con un ángulo de entre 10º y 25º, siendo ajustable
el ángulo entre los medios (10) de alimentación entre 0 y 45º y
siendo posible que los rodillos (11a,b) se accionen en ambas
direcciones de rotación.
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