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 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 600 a. C. 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.[7] 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.
A continuación te presentamos las características de la laminación en caliente y en frío y sus técnicas:
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.
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.[13] Las tolerancias dimensionales suelen ser del 2 al 5 % de las medidas de diseño correspondientes.[14]
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
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.
Las láminas y tiras laminadas en frío se suministran en varias formas: “totalmente endurecidas”, “semi endurecidas”, “con un cuarto de dureza” y “laminadas superficialmente”. El laminado completo reduce el espesor en un 50 %, mientras que los otros implican una reducción menor. El acero laminado en frío se somete a recocido para inducir su ductilidad, lo que se conoce simplemente como “recocido cerrado y laminado en frío”. El laminado superficial implica la menor cantidad de reducción, del 0,5 al 1 %. Se utiliza para producir una superficie lisa, un grosor uniforme y reducir el fenómeno de fluencia al evitar que se formen bandas de Lüders en el procesamiento posterior, bloqueando las dislocaciones en la superficie. 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 eliminar las asperezas en el acero galvanizado. El material laminado en superficie se usa generalmente en procesos posteriores de trabajo en frío cuando 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 distintas operaciones de conformación, para lo que generalmente se dispone de líneas de dimensionamiento, descomposición, desbaste, semidesbaste, semiacabado y acabado.
Si va a ser trabajado manualmente, los aceros más suaves, más consistentes y con niveles más bajos de carbono encapsulado son los más fáciles de procesar, pero a costa de un mayor coste.
Los usos típicos del acero laminado en frío incluyen muebles metálicos, escritorios, archivadores, mesas, sillas, tubos de escape de motocicletas, armarios y carcasas de computadoras, electrodomésticos y componentes, estanterías, accesorios de iluminación, bisagras, tuberías, tambores de acero, cortadoras de césped, gabinetes para equipos electrónicos, calentadores de agua, contenedores de metal, aspas de ventiladores, sartenes, kits de montaje en paredes y techos, y una gran variedad de productos relacionados con la construcción.