Tecnologie industriali, parte 7 - Laminazione

5.3.8 - Laminazione

Descrizione generale del processo

L’ultimo processo di lavorazione massivo (deformazione di una billetta tridimensionale) è la laminazione (Rolling).

Lo scopo del processo è quello di trasformare una billetta tridimensionale (un pezzo massivo, un pezzo 3D) in un foglio di lamiera: si va ad assottigliare una dimensione.

In realtà la laminazione consente di realizzare una grande varietà di oggetti, anche tubi per esempio o altri oggetti che si otterrebbero (ad esempio) per estrusione.

Esistono due macro-categorie in cui è possibile classificare il processo di laminazione:

• Laminazione su tavola piana o per nastri (Flat Rolling)

Serve per andare a prendere un pezzo massivo 3D e ridurne esclusivamente lo spessore in modo progressivo tramite dei rulli. Serve per andare ad ottenere le lamiere.

Con step si passa da una billetta 3D ad una lamiera (spessore lungo molto piccolo rispetto alle altre dimensioni e: ℎ ≤ 6)

• Laminazione entro scanalature chiuse (Shape Rolling)

Non si utilizzano rulli cilindrici ma rulli sagomati che hanno una determinata forma, hanno delle scanalature. In questo modo è possibile ottenere dei profilati simili a quelli realizzati tramite estrusione, dando al pezzo la forma della scanalatura.

Dobbiamo immaginare il rullo con una serie di scanalature, quindi il materiale entra nel profilato da una parte, si deforma, ritorna indietro, va in una seconda scanalatura e così via fino ad ottenere progressivamente forme ottenibili anche con l’estrusione.

Laminazione su tavola piana

I primi passaggi di laminazione su tavola piana sono a caldo, per imprimere maggiori deformazioni con minori sollecitazioni, mentre gli ultimi passaggi sono invece a freddo, per garantire un incrudimento del pezzo lavorato e migliorare quindi le performance meccaniche. Inoltre, lavorando a freddo, si abbatte il ritorno elastico del materiale (deformazione plastica rimane) e possiamo essere molto più precisi per quanto riguarda le dimensioni, imprimendo in questa seconda fase una variazione di spessore molto minore rispetto all’hot rolling.

Per ottenere una riduzione dell’altezza o dello spessore, la billetta passa attraverso dei rulli rotanti in opposizione che esercitano pressione su di essa:

I rulli rotanti sono 2 per i passaggi a caldo (hot rolling), mentre sono 4 per i passaggi a freddo (cold rolling). La problematica del cold rolling, infatti, consiste nell’avere forze più alte a parità di spessore: il materiale passa attraverso i working rolls, mentre i rulli superiori sono di supporto e quindi aumenta la rigidezza per evitare che i rulli inferiori si inflettano.

Se il passaggio avviene a caldo (hot rolling) i grani del metallo sono in grado di ricristallizzarsi:

Se il passaggio avviene a freddo (cold rolling) la deformazione rimane e i grani risulteranno compressi e schiacciati nella direzione di laminazione:

Si passa quindi da un materiale isotropo (stesse caratteristiche fisiche in tutte le direzioni) ad una lamiera fortemente anisotropa (comportamento che dipende dalla direzione in cui lo si considera)

Esempio di laminatoio

Nota

• Spessore inferiore ai 6 mm: Lamiere
• Spessore superiore ai 6 mm: Piastre

Analizziamo ora la meccanica della laminazione (su tavola piana).

Si parte da una billetta con spessore e, passando attraverso i rulli che ruotano in verso opposto, lo spessore viene ridotto fino ad:

La laminazione è un processo stazionario (come estrusione e trafilatura) e, siccome, esistono diversi strati in cui la tensione aumenta progressivamente, ci aspettiamo anche in questo caso di utilizzare una tensione. La zona in cui il materiale incontra i rulli subisce la riduzione di spessore: è la zona in cui ci sono i vari layer in cui il materiale subisce da un punto all’altro varie deformazioni. Si tratta quindi della zona in cui ci sono deformazioni stazionarie: il materiale subisce una prima deformazione, una prima riduzione di spessore, e quindi di sezione da ad fino ad arrivare ad ma in tutti quegli istanti la deformazione è la stessa che si va a ripetere.

Si parte con un pezzo di spessore, che entra nello spazio presente tra i due rulli con una velocità ed esce con uno spessore minore e una velocità. Si può